压电陶瓷和金属构成的复合薄圆板的强迫振动——B:均匀声压策动

本文讨论了一般复合薄圆板在均匀声压策动下的强迫振动。压电陶瓷的电端开路,策动声压是正弦形的。一般复合薄圆板是一个半径为a的金属板,两面对称的粘上半径为b的压电陶瓷片。这种一般复合薄圆板可以简化为各种特殊的复合薄圆板或均匀弹性板。当压电陶瓷的电极极性作适当的安排后,在均匀声压的作用下,一般复合圆板发生弯曲振动,同时在电端产生开路电压。 系统的最大弹性能和最大动能与电压策动的情形大致相同。此时最大弹性能里的电压不再是常量,变分时对它也要实行变分。另外我们把声压对一般复合薄圆板所作的功形式上看作系统势能的一部分。它和最大弹性能相加得到最大势能。利用哈密顿原理得到该系统的运动微分方程、连接条件和边界条件。并给出了简支边界和固定边界的一般解和严格共振频率方程。由这个共振频率方程得到的频率是电阻抗的并联共振频率 对b=a的三层特殊复合薄圆板作了特殊的讨论。当边界固定时,一般解和共振频率方程在形式上与均匀等厚薄圆板的相同,只是参量有所不同。同时也求出了简支边界的一般解和共振频率方程。 为了工程上的方便还用瑞利一里兹方法给出了均匀声压作用下一般复合薄圆板的强迫振动的近似解和共振频率方程。此外还给出了有效机电耦合系数的公式。实验表明近似共振     

金属和压电陶瓷构成的两层复合薄圆板的强迫振动

本文分析了电压策动或均匀声压策动下的由半径不同的压电陶瓷和金属板构成的两层复合薄圆板的强迫振动。给出了简支边界条件和固定边界条件下的严格解和串联共振频率方程与并联共振频率方程。用Rayleigh-Ritz方法给出了简支边界条件下电压策动的强迫振动的近似解和串联共振频率方程。数字结果给出了能得到较大机电耦合系数的无量纲几何参量的最佳值。本文还讨论了弹性耦合和惯性耦合对共振频率的影响。     

径向复合圆柱压电超声换能器

提出一种三元径向复合圆柱压电超声换能器,并对其径向振动特性进行了研究。基于弹性力学理论及机电类比原理,导出了柱坐标系中分割处理径向极化压电陶瓷管准厚度模振动及薄壁短圆管径向振动的机电等效电路;利用径向力和振速连续的边界条件,得出了径向复合圆柱压电换能器系统的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器径向共振频率及有效机电耦合系数随其几何尺寸的变化关系。研究表明,换能器的径向共振频率及有效机电耦合系数随其内芯半径和预应力管壁厚度增大而降低。研制了一些径向复合圆柱压电换能器,并对其径向共振频率进行了测试。结果表明,理论与实验结果基本一致。      

正交偶极声波测井换能器有限元分析*

三叠片型换能器是正交偶极声波测井仪器的重要组成部分。换能器的性能直接影响声波测井数据的质量。本文在前人工作基础上,针对三叠片型声波测井发射换能器长度方向的一阶弯曲振动工作模式,利用有限元方法,模拟了换能器结构尺寸和边界条件变化对换能器性能的影响。结果显示,结构尺寸和边界条件对换能器的谐振频率和电导值均有不同程度的影响。参考数值模拟结果,选取合适的结构尺寸参数和边界固定方式,可以调整和选择正交偶极声波测井仪器发射换能器工作频率和最大发射效率。本文研究结果对三叠片型换能器的优化设计有较好的指导意义。     

轴对称功能梯度压电材料圆柱壳弯曲问题的幂级数解

从压电材料基本方程出发，针对沿径向极化且材料常数沿极化方向梯度变化的轴对称压电圆柱壳，导出了其在两端简支、接地条件下弯曲问题的幂级数解，并通过算例考察了壳厚度对其电弹性场分布的影响。     

受撞击Winkler基支弹性板的撞击力计算及其动力响应分析

研究了半无限线性粘弹性Winkler基础上的任意形状弹性板受低速物体撞击的动力响应分析问题,在仅知撞击体初始运动速度的条件下,推导出了关于撞击力F(t)的的非线性Volterra积分方程,得出了板的横向位移响应W(x,y,t)的一般表达式,并给出了一种求解计算的数值方法。计算了四边简支弹性方板和周边固定弹性圆板在中心受刚球横向撞击问题,并对结果进行了讨论。     

Kirchhoff弹性直杆在力螺旋作用下的稳定性

研究受力螺旋作用的圆截面Kirchhoff弹性直杆在各种边界条件下的稳定性问题. 用直角坐标和Cardano角表示截面的形心位置和姿态. 由Kirchhoff方程得到弹性细杆的直线平衡特解,导出线性化扰动方程及其通解. 根据边界条件确定积分常数的非零解存在条件,讨论了各种边界条件,如两端铰支、两端固定、一端铰支一端固定以及一端固定一端自由的弹性细杆直线平衡状态的稳定性,导出了临界载荷的表达式,绘制了稳定域,将Greenhill公式推广到其他边界条件,并且使压杆的Euler 公式成为其特例. 关键词： Kirchhoff弹性杆 稳定性 力螺旋 Greenhill公式     

有限长压电薄圆管的等效电路和机电耦合系数

本文给出了径向极化薄压电圆管的等效电路和机电耦合系数.这个等效电路是一个四端网络.用电弹短路振方式和压电方程式求出换器内的能量,再用换能器的线性方程和换能器的内能得到等效电路的参量和方程式:这种推导换能器等效电路的方法能应用于其它的换能器.用换能器内的机电耦合能、弹性能和电能求得换能器的机电耦台系数。     

无负荷质量弹簧振动固有频率的研究

通过弹簧和弹性细杆之间的类比,推导出无负荷质量弹簧在几种常见边界条件下纯纵向振动的频率方程及固有频率的公式并进行了讨论。     

热力联合作用弹性薄圆板的弯曲与屈曲

 导出了热力联合作用下弹性薄圆板的弯曲动力响应控制方程,讨论了其弯曲变形特点及影响失效的因素。分析表明在短时热能沉积作用下,热屈曲是弹性薄板失效的主要方式之一;反鼓包或反冲塞是热屈曲的后继行为;增加外载和热能沉积功率水平都将加速热屈曲的发生;材料的温度相关性与热能沉积的时空分布对薄板的力学行为都有重要影响,同为产生和影响热剪切失效(反冲塞)的重要因素。     

四边简支含多孔材料双层板隔声特性

有限大含多孔材料和空气层复合板结构隔声特性的研究尚不充分。该文旨在研究四边简支边界条件下复合板结构隔声特性。首先基于流体饱和多孔弹性介质的声传播理论计算了声波在多孔介质中的传播波数；继而采用四边简支边界条件下板结构的模态函数，利用模态叠加法和伽辽金法推导了复合板结构隔声系数理论模型，并数值求解复合板隔声量。将理论模型得到的四边简支复合板隔声量与实验结果对比，验证了理论模型的正确性。最后，详细讨论了边界条件、板结构尺寸和多孔材料厚度等主要参数对隔声特性的影响。结果表明：四边简支复合结构隔声特性曲线上“谷值”出现得较少，并且简支复合板隔声特性的第一个“吻合频率”比固支支撑复合板更靠近低频，当频率超过3000 Hz以后，简支和固支边界条件复合板结构隔声特性趋于一致。     

不同边界条件下的封闭矩形声腔的结构-声耦合分析

分析了由2块四边弹性支承的弹性板及4块刚性板构成的封闭矩形声腔的结构-声耦合特性。通过在弹性板边界施加假想的连续分布弹簧系统模拟板的不同边界和连接条件,利用汉密尔顿函数和瑞利-李兹方法,充分考虑了两弹性板之间以及弹性板与腔体内声场之间的耦合。腔体内的声压响应和弹性板的振动速度与Kim的实验结果能较好的吻合,验证了本文理论推导的正确性。最后,通过对耦合声场的分析计算,表明两弹性板之间为弱耦合,耦合声场主要由受到外激励的结构所决定;支承板的线弹簧的刚度变化对耦合声场的影响较旋转弹簧大。     

复制高精度大光栅盘时支撑板的力学分析

为了复制高精度、大直径薄光栅盘，对曝光装置中影响感光条件的支撑板进行了受力分析。将支撑板的力学分析归结为边界简支的圆形薄板的小挠度问题，通过理论计算得到了支撑板的挠度和厚度的计算关系式，为设计支撑板提供了理论依据。根据理论推导，选择旋转式曝光装置，采用直径为1000mm、厚度为40mm的支撑板，研制出了较高精度的大直径薄光栅盘，其最大直径误差为0．47”，均匀性误差为8％，满足了使用要求。     

水中弹性圆柱壳的共振声辐射

研究了在内壁简谐法向线力激励下的水中弹性圆柱壳的振动和声辐射问题，这有助于深入认识水中结构的声辐射机理，验证水下结构共振声辐射理论。本文从经典Ｒａｙｌｅｉｇｈ简正级数解出发导出共振声辐射公式，然后分别用经典公式和共振声辐射公式计算钢圆柱壳的辐射声功率及壳体表面声压曲线。计算结果表明两者符合良好。     

Cymbal换能器的力电性能

研究了Cymbal换能器的力电性能。在简单支承边界条件下,应用压电-弹性理论、克希霍夫薄板振动理论、瑞利-李兹理论和等效电路方法分析了Cymbal换能器的机电特性,给出了Cymbal换能器的近似解和串联共振频率方程,研究了Cymbal换能器在无负载条件下的等效电路及相关参数和Cymbal换能器空腔深度与空腔底部半径的比与谐振频率和机电耦合系数的关系。根据数值分析结果得到最佳机电耦合系数,为Cymbal换能器的优化设计提供了理论依据。     

三弹性圆柱壳体多重耦合声辐射计算方法

为研究多圆柱壳组合结构的声辐射特性,采用模态叠加法建立了3个并排无限长弹性圆柱壳的振动声散射耦合物理模型,充分考虑了三圆柱壳的表面振动与散射声场的耦合,其中散射声场可分解为各圆柱壳刚性散射声场和弹性辐射声场的叠加,数学上将各壳间的声场耦合关系通过柱函数加法公式描述。利用该物理模型,分析了多重散射对稳态声场求解结果的影响,比较了三圆柱壳耦合系统与单个圆柱壳系统的辐射声场指向性、声压级及辐射声功率级的差异及其产生机理,结果表明:结构弹性耦合声辐射不仅在低频对总声场有显著影响,在高频范围也不可忽略;另外,针对本文设定参数的组合圆柱壳,在150 Hz以上频段,两旁圆柱壳对中间圆柱壳在正横方位产生了声辐射遮蔽效应,垂直方位则体现声泄漏作用。本文建立的方法可推广到三维空间任意多壳结构的声振耦合建模。      

点源和超声楔形换能器激发的兰姆波

本文分析了在无限大各向同性均匀弹性板表面法向点力激发的兰姆波.给出超声楔形换能器的兰姆波指向性图案公式,对部份推导结果作了实验验证.     

压电陶瓷和金属构成的复合薄圆板的强迫振动——A电压策动

本文报告了电压策动下的复合薄圆板的强迫弯曲振动的严格解和近似解。复合薄圆板是由两片半径为b的压电陶瓷片和半径为a(a≥b)的金属薄圆板构成的。我们把它称作一般复合薄圆板,因为它可简化为各种特殊薄圆板.在压电陶瓷的极性做适当的安排后,交流策动电压将使一般复合薄圆板产生弯曲振动。从哈密顿原理出发推导了该系统的运动微分方程,连接条件和边界条件。并给出了一般解和严格共振频率方程。对于b=a的特殊复合薄圆板作了特殊的讨论。在简支边界情况下,策动电压的作用相当于在边界上加一个策动弯矩。当边界固定时,b=a的复合薄圆板表现为纯弹性,电压策动不能使之发生振动。本文还用里兹方法求出了一般复合圆板在电压策动下的强迫振动的近似解和近似共振频率方程。共振频率的近似值与实验值进行了比较,结果表明近似结果在工程上是可以使用的。     

光纤水听器声灵敏度的理论分析

本文就一种双弯曲板结构的光纤水听器单元，利用弹性力学方法对其传感板上的应力与应变分布进行详细的分析，建立两种边界条件下的声灵敏度计算数学模型。讨论这种光纤水听器的结构参数及光纤圈几何尺寸与灵敏度的关系。还指出传感板材料对灵敏度的影响。     

考虑铺层角的复合材料圆柱壳自由振动三维弹性准确解

为了获得任意角度铺层的多层复合材料圆柱壳的自由振动准确解,在三维弹性理论的基础上,结合分层理论和状态空间法,建立横向位移和应力的传递矩阵,轴向和环向位移采用双螺旋模式的位移函数,对任意角度铺层复合材料圆柱壳简支边界条件下的自由振动进行了理论推导,得到了自由振动方程的精确形式。与文献理论解和有限元计算结果对比,结果表明,关注频率在2倍的环频率以下时,薄壳的固有频率计算精度能控制在1%以内,厚壳的固有频率计算精度能控制在2%以内。对于厚壳的计算可将壳体沿厚度方向划分为多层来处理,这样能有效提高计算精度。计算分析了铺层角对壳体固有频率的影响,环向模态数较低时,固有频率随着铺层角的增加呈抛物线变化趋势;环向模态数较高时,固有频率随着铺层角的增大单调递增。该理论方法同样适用于均质各向同性壳和正交各向异性圆柱壳。