反求压电薄板智能结构荷载的有限元逆逼近方法

基于压电薄板智能结构提出一种有限元逆逼近反求结构荷载参量的方法，逼近目标函数以压电电荷响应为参量，迭代初值采用单位荷载预逼近方法；数值算例表明了该方法的有效性，可用于解决压电智能结构的荷载识别问题。     

压电智能桁架的灵敏度分析与优化设计

在压电桁架结构的有限元分析方法基础上，考虑电荷载和机械荷载联合作用的机电耦合效应，给出了压电智能桁架的位移和自振频率对常规尺寸设计变量和形状设计变量的灵敏度计算公式，增加了电压这一类新的设计变量，给出了位移对电压的灵敏度计算方法。在此基础上实现了通过优化压电主动桁架的电压进行变形控制的方法，并在JIFEX软件中实现了压电桁架的灵敏度分析与优化设计。文中给出的数值算例验证了算法和程序的有效性。     

开孔薄板的变分原理及屈曲和过屈曲分析的有限元方法

本文以开孔薄板大挠度问题的一般理论为基础,建立了以挠度 w 和应力函数F为未知量的变分原理,并由此建立了用于分析开孔薄板屈曲和过屈曲问题的有限单元法可以看到由于区域的多连通性,单元性质是较为复杂的。     

压电桁架结构的稳定性及有限元分析方法

从力的平衡方程出发，考虑机电耦合效应，推导了含压电材料的桁架结构稳定性有限元方程。通过数值算例分析表明，机电耦合效应对桁架结构的稳定性影响较在，而电压对结构稳定性的影响相对较小，压电杆的优化布置能够有效地提高结构稳定性。     

热压电桁架结构屈曲稳定性有限元分析

梁、板、壳组合结构在航空航天和控制系统中得到了广泛应用。一般来说,桁架结构是作为整体结构的支撑来使用的,综合考虑热、机械和电场作用有助于充分发挥材料性能。本文从力的平衡方程出发,考虑温度场、机械场和电场多场耦合的情况,推导出了热压电桁架结构的静力分析有限元模型,并在此基础上给出了在多场荷载共同作用下的结构屈曲稳定性求解的有限元方程。数值算例表明,多场耦合效应能够对结构的屈曲稳定性影响较大。合理利用温度的影响,可以提高结构工作性能,并为梁、板、壳组合结构的优化和控制提供了理论基础。     

无单元法在薄板稳定问题中的应用

用无单元法研究了薄板的弹性稳定问题，从滑动最小二乘法和变分原理出发导出了薄板的无单元法几何刚度矩阵，编制了相应的计算程序，并给出了算例，结果表明，方法合理可行，且精度高于有限元。     

一种提高薄板稳定分析精度的方法

在薄板稳定分析中，九参数三角形薄板单元因其形状简单，使用方便，在实际工程中得到了广泛应用。本文基于参数调正的几何刚度矩阵，对九参数三角形薄板单元的一致刚度矩阵进行了修正，为提高计算精度提供了一种有效方法。     

基于Legendre多项式的双压电层合板三维压电谱元法模拟

谱单元作为一种高阶单元具有计算效率高和精度高的特点。本文在基于Legendre正交多项式的三维谱单元基础上提出了三维压电谱单元模型,用于压电层合板静力和动力性能模拟研究。压电层合板结构中的位移和电势自由度均离散到三维压电谱单元Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)配置节点上,并且未对电势沿压电层厚度方向上的变化做任何假定。通过提高谱单元中沿压电层合板厚度方向上的形函数阶数的方法,来削弱三维谱单元在模拟薄板结构中出现的剪切闭锁现象。为验证单元的计算精度,取双压电层合板结构进行静力和动力行为模拟验证,并将计算结果与现有文献中的其它单元模型及有限元结果进行对比。结果表明,压电谱单元可有效模拟压电层合板的静力和动力行为,且提高谱单元形函数阶数可提高数值模拟精度。     

完备化ANCF薄板单元及在钢板弹簧动力学建模中的应用

绝对节点坐标方法已在多体系统动力学研究中广泛应用, 但常用来描述板壳类结构的薄板单元, 由于梯度不完备而无法直接用于带有初始弯曲参考构型的柔性体变形描述. 为避免全参数板单元建立车辆钢板弹簧模型时存在的严重截面闭锁问题, 拟采用薄板单元用于板簧建模. 为此, 探索了将现有绝对节点坐标薄板单元纳入一般连续介质力学弹性力表达的方法, 采用中面上单位法向量作为单元厚度方向的梯度向量, 从而得到了完备化的薄板单元及其描述初始弯曲构型时消除初应变的方法. 在此基础上通过定义簧片的未变形构型, 在钢板弹簧中引入可控的预应力, 实现对钢板弹簧装配过程的准确模拟. 通过数值算例验证了本方法的正确性. 建立了车辆钢板弹簧模型, 通过建立在簧片上的局部坐标系实现接触点的跨单元搜索, 并采用惩罚函数法和平滑化的库伦摩擦模型施加簧片间的接触力. 引入参考节点的概念建立了整合车身与吊耳及其机构运动关系的刚柔耦合模型.}}      

压电层合梁静动力学分析的高精度梁单元

给出了一个对复合材料压电层合梁进行数值分析的高精度压电层合梁单元。基于Shi三阶剪切变形板理论的位移场和Layer-wise理论的电势场,用力-电耦合的变分原理及Hamilton原理推导了压电层合梁单元列式。采用拟协调元方法推导了一个可显式给出单元刚度矩阵的两节点压电层合梁单元,并应用于压电层合梁的力-电耦合弯曲和自由振动分析。计算结果表明,该梁单元给出的梁挠度和固有频率与解析解吻合良好,并优于其它梁单元的计算结果,说明了本文所给压电层合梁单元的可靠性和准确性。研究结果可为力-电耦合作用下压电层合梁的力学分析提供一个简单、精确且高效的压电层合梁单元。     

压电板屈曲和后屈曲的有限元分析

采用板的一附剪切理论,并考虑结构的几何非线性,基于Ｔｏｔａｌ Ｌａｇｒａｎｇｅ方法,建立了在弱非线性耦合假设下压电智能的有限元控制方法,分析了没边界条件下压电板的屈曲和后屈曲,计算结果表明,在单向压力作用下,材料的压电效应和外加电压对板的屈曲载荷及后屈曲影响很小;而电场对位移加载简支板的屈曲影响较显著。该文为压电材料的工程应用提供了理论指导,同时提供了一种有效的有限元分析方法。     

Optimum design and sensitivity analysis of piezoelectric truss structures

This paper is concerned with the optimum design and sensitivity analysis methods of piezoelectric intelligent trusses on the structural stiffness and free-vibration frequency. On the basis of the finite element method and taking into account the mechanical-electric coupling effect under electric load and mechanical load, the computational formula of sensitivities of structural displacement and free-vibration frequency with respect to the size and shape design variables are proposed. A new kind of design variable of the electric voltage and the calculating method of displacement sensitivity with respect to the electric voltage variable is presented. The new method for structural deformation control by optimizing the voltages of piezoelectric active bars is given. The numerical methods of optimum design and sensitivity analysis for piezoelectric truss structures are implemented in JIFEX software. Numerical examples demonstrate the effectiveness of the methods and the program. Project supported by the Special Funds for National Key Basic Research of China (No. G1999032805) and the Foundation for University Key Teachers by the Ministry of Education of China.     

具有压电材料弹性环形板的屈曲

对在不同位置粘有任意多对压电片的弹性环形板在电压和径向压力作用下的轴对称屈曲进行了研究．根据压电效应的等效作用量，初参数法以及传递矩阵方法得到了环板屈曲的特征方程．对不同位置及不同宽度的压电片，计算了结构的屈曲载荷．并得到了稳定性边界曲线．     

热载荷下压电复合板有限元建模与形变控制

热载荷是引起在轨空间结构形变的重要因素之一，采用压电材料对结构热变形进行主动补 偿，需要建立热、电、力场相互耦合的动力学模型. 基于高阶位移场、高阶电势分布和线性 温度模型，推导了压电复合板结构的热、电、力场耦合的高阶有限元模型. 通过对压电双晶 片梁的分析，得到了压电片中电势沿厚度方向的抛物线型分布，而非通常文献中假设的线性 化分布模型的结果. 针对表面粘贴压电片的压电复合板，计算了热载荷作用下压电复合板的变形、 传感器的电压以及主动补偿后的结构变形，与文献给出的结果基本一致，验证了模型的正 确性. 同时还指出热电效应对结构变形和传感器电压具有十分重要的影响.     

An improved discrete Kirchhoff triangular element for bending,vibration and buckling analyses

In this paper, an improved triangular discrete Kirchhoff thin plate element IMDKT is introduced for bending, vibration and buckling analysis. In the case of bending analysis, new boundary displacements coupled with a correction factor are introduced in the proposed element for improving the accuracy. As for vibration and buckling analyses, the combined mass and combined geometric stiffness matrices are employed to improve the calculations of natural frequency and buckling load, respectively. Several numerical examples have been used to illustrate the versatility and potential accuracy of the present methods. A comparison between the proposed and some existing elements shows that the former is superior to the latter for thin plate bending, vibration and buckling analyses.     

带附加质量块的压电圆板能量采集器振动分析

基于圆板的压电能量采集技术在取代化学电池为低功耗电子器件提供能源方面具有巨大的潜能. 本文通过理论建模和数值仿真研究了考虑附加质量接触面积的压电圆板能量采集器的采集性能. 首先, 基于基尔霍夫薄板理论, 用广义哈密顿原理推导了带附加质量块的压电圆板能量采集器的机电耦合方程, 并用伽辽金法对方程近似离散, 通过离散方程得到电压、功率输出和最优负载阻抗的闭合解. 用有限元仿真对所提出的理论模型进行了验证, 结果表明该理论模型可以成功地预测压电圆板能量采集器输出电压和功率. 最后, 基于闭合解探讨了负载阻抗、附加质量块、压电圆板的内外半径等相关参数对压电圆板能量采集器固有频率、输出电压和功率的影响. 结果表明, 当质量块与复合板的接触半径足够小(本文中接触半径小于板半径的1/14)时, 质量块与复合圆板的接触面积可以忽略; 相较于无孔的压电片, 内径位于2.5 ~ 4 mm范围内的压电片可以提高能量采集器的采集性能; 附加质量、压电片外径和负载阻抗的合理选择既可以降低压电圆板的固有频率, 还可以提高其采集性能.      

On the stability analysis of plates and shells using a quadrilateral, 16-degrees of freedom plat shell element DKQ16

The linear buckling problems of plates and shells were analysed using a recently developped quadrilateral, 16-degrees of freedom flat shell element ( called DKQ16 ). The geometrical stiffness matrix was established. Comparison of the numerical results for several typical problems shows that the DKQ16 element has a very good precision for the linear buckling problems of plates and shells.