用于正交异性材料构件应变、应力测量的OPCM传感元件研究

介绍了由压电陶瓷和树脂材料构成的正交异性压电复合材料（Orthotropic Piezoelectric Composite Material,简称OPCM）应变传感元件的构造及传感原理，推导了粘贴式和埋入式OPCM传感元件测量正交异性材料构件中应力的传感方程。对受平面应力场的作用的正交异性板的表面应力，应变进行了实测研究，并对测试误差进行了分析。     

1-3型OPCM传感元件测量OM构件表面动态应力研究

研究了1-3型正交异性压电复合材料应变传感元件的构造及传感原理;推导了应用OPCM传感元件测量各向同性材料构件和正交异性材料构件表面应力的传感方程;对OPCM元件的动静态物进行了测定;验证了这种传感元件在动态应力波检测中的优越性。     

埋入压电元件的自诊断智能结构的理论分析与实验研究

将压电元件埋设于复合材料层板结构中，可实现结构应变分布的在线监测。本文提出一种采用压电应变传感器阵列和人工神经网络模型的自诊断方法，对局部埋入压电应变传感元件的平板结构进行了分析，采用神经网络模型根据压电传感器组的输出识别结构承载位置和大小，对该方法进行了数值模拟和实验验证。     

碳纳米管应变传感器的性能分析:传感介质与制备工艺

利用碳纳米管拉曼特征峰位对其变形的灵敏特性,基于拉曼光谱的碳纳米管应变传感方法,已经实现了针对非拉曼活性固体材料表面微尺度范围内的平面应变分量非接触传感测量。本文侧重该方法在微尺度实验力学研究中的推广应用,从传感介质和制备工艺的选择出发,采用改进后的三种不同工艺,制备了碳纳米管/环氧树脂复合薄膜作为传感介质;综合零载标定实验和步进单轴拉伸标定实验的实测结果,对比分析了不同工艺获得传感介质的应变传感灵敏度、量程、稳定性和时间分辨率四个关键性能指标;最后对传感性能的影响因素进行了探讨。     

基于神经网络与光纤传感阵列的结构状态监测方法

以探测机敏复合材料与结构内应变、应力及损伤等物理状态的位置信息为目的．提出了一种新颖的可内埋于材料与结构内作为结构状态监测用的强度调制型光纤传感阵列网络，并采用人工神经网络来处理传感阵列输出的并行分布式传感信号，阐述了适用的Ｋｏｈｏｎｅｎ网模型及其变化形式，给出了仿真实验结果     

双轴应力状态下正交异性动态光弹性应力——光性定律研究

基于静态下Ｈｙｅｒ和Ｌｉｕ表述的正交异性应力－光性定律，在前文中，提出了正交异性光弹性复合材料的动态应力－光性定律并证明了其在单轴应力状态下的正确性。本文旨在进一步考察在双轴应力状态下正交异性动态应力－光性定律的适用性，采用的方法是对纤维增强光弹性复合材料制作的平板模型施加冲击荷载，加载方向与材料纤维方向分别成０°、９０°及４５°角，同时进行正交异性动态光弹性实验和动态应变测量，另外，对该模型进行相应的各向异性介质时域边界元计算。把动态应变测量推算出的应力分量以及时域边界元计算出的应力分量分别代入正交异性动态应力－光性定律，得到随时间变化的双折射条纹级数历程，将其与正交异性动态光弹性实验的结果进行比较。实验及计算结果表明，在三个加载方向下，由这三种方法得到的双折射条纹级数历程均吻合良好，从而证明了前文提出的正交异性动态应力－光性定律在双轴应力状态下的正确性。     

复合材料光弹性分析的近似方法

本文提出了一种用于光弹性复合材料的简化应变——光学定律。按照这一简化定律。模型材料的主应变差和主应变方向只要利用光弹性实验测出的等差线与等倾线即可求得。些是一种正交异性光弹性分析的近似方法,这一方法所得结果与实验数据比较,最大误差在10％左右。由于采用简化应变——光学定律使得正交异性光弹性分析工作大为简便,因此它是一种适合于工程应用的近似方法。     

智能结构有限元动力模型的建立及主动振动控制和抑制

采用一种新的压电板单元，建立了含有分布压电传感元件和执行元件结构（智能结构）的有限元动力模型。利用两种反馈控制律，研究了智能结构振动控制与抑制的问题，并提出了智能结构主动振动控制和抑制的一种方法。最后，提供了数值示例，说明本文提出方法的应用。     

DAP增强梁结构形状控制的机理研究

对称粘贴在梁结构上下表面上的压电元件在外部电场的作用下能使梁结构发生弯曲变形，通过分析驱动构件与结构中的应变分布，采用定向固定的压电元件(DAP，即directional attached piezoelectric)来代替传统的压电元件(CAP，即conventional attached piezoelectric)，减小了驱动构件的横向效应，提高了压电驱动的效率，并进行了实验对比验证。     

各向异性介质波动问题的时域边界元法及实验验证

对前已建立的各向异性介质波动问题的时域边界元计算模型进行了实验验证．用单向纤维增强光弹性复合材料模拟正交异性介质，用冲击加载，加载方向与纤维方向分别成0°，90°及45°角度，进行了正交异性动态光弹性实验及动态应变测量，并同时对该模型进行了时城边界元计算．将时域边界元方法计算出的应力分量代入正交异性动态光弹性的动态应力-光性定律，得到双折射条纹级数随时间的变化曲线，将其与动态光弹性实验的结果进行比较；此外，由动态电测获得的应变响应曲线推算出应力时程；与时城边界元计算出的应为响应曲线也进行了比较．两种情况下，时域边界元的计算成果均与实验成果吻合较好，从而证明该各向异性介质波动问题的时域边界元计算模型具有较好的精度及稳定性，可用于各向异性介质的动态问题特别是波传播问题的分析研究．     

The OPCM strain gauges for strain and stress measurement of orthotropic material structures

The orthotropic mechanical sensor of piezoelectric composite material made from piezoelectric ceramic and resin materials and their sensing mechanism are presented. The sensing equations of the adhered-and embedded-type sensing units are deduced, which are used to detect the stresses in orthotropic material structures. The surface strain of the orthogonal plate is measured under the action of the planar stress field, and the error is analyzed. Supported by the National Natural Science Foundation (No. 59635640), the Science Foundation of Jiangsu Education Committe (99KJD130001) and the Science Foundation of Jiangsu Province (BK99116).     

Dynamic modeling and control of a rotating piezo-bonded beam-mass system

A variational finite element method is used to derive the dynamic equations for a high speed rotating beam-mass system with embedded piezoelectric materials. Two piezoelectric layers are attached on the beam surfaces. The layer on the top surface is used for sensing and monitoring. The layer on the bottom surface is used for feedback control. The objective is to develop a simple finite element based dynamic model which can be used for structural characterization, monitoring and control. The structural dynamics introduced by the gyroscopic effect is included in the model. The nodal displacements of the structure are monitored by the output voltage level of the sensing layer. The voltage induced by the sensing layer is negatively fed back to the control layer for the adjustment of nodal displacements. Several simulation examples are presented to validate the effectiveness of the proposed finite element based control model.     

一种基于压电扫描的新型微梁阵列免疫传感器

微梁免疫传感技术是在原子力显微镜和微机电系统基础上发展起来的一项新兴传感技术,具有检测灵敏度高、无需标记、能实时原位再现生化反应过程等优点。本文针对单梁传感系统中存在的环境扰动和不能多通道检测等问题进行改进,设计制作了一种基于压电扫描的新型微梁阵列免疫传感器。利用商品化微梁阵列对传感器进行了温度测试实验,所得信号曲线稳定一致,且检测灵敏度达到2nm,实验结果验证了该微梁阵列传感系统在多通道信号检测中的可行性,为微梁阵列生化传感技术的实现提供了一种新的方案。     

采用压电机敏元件进行结构振动控制Ⅲ：控制系统设计与实验研究

采用作者在上篇导出的压电耦合体动力学模型，给出了压电主动阻尼控制系统的设计方法；导出了压电耦合梁系统的作动方程和检测方程的显式表达式。以此为基础，以简单梁为对象，对压电检测器和作动器的性能、粘结层的影响、压电主动阻尼控制及压电主、被动阻尼双控制进行了实验研究     

Piezoelectric-sensitive mode of lamb wave in one-dimensional piezoelectric phononic crystal plate

We investigate the transmission modes in one-dimensional piezoelectric phononic crystal plate, which is consisted of piezoelectric ceramics placed periodically in epoxy. The influences of piezoelectricity and different electrical boundary conditions on the Lamb waves in the composite plate are studied in detail, and an important elastic wave mode named as piezoelectric-sensitive mode (PSM) is defined. Furthermore, the influences of the piezoelectric constants, the filling fraction and the ratio of thickness to lattice pitch on PSM are given, and the physical mechanism of PSM is also discussed. The numerical results show that PSM has a relatively larger frequency shift and significant change in the displacement distribution when piezoelectricity is considered; the electromechanical coupling coefficient of PSM is much larger than the other modes. It reveals that PSM is an important and useful mode in piezoelectric periodic structures. This investigation is helpful in controlling the band gaps and also gives a potential application in design of sensing system and different piezoelectric devices.     

面内压电振动能量采集动力学设计与性能研究

压电振动能量采集将环境中普遍存在的机械能转换为电能,可以实现自供能传感、控制与驱动,具备灵活、节能环保、可持续的优势,具有广阔的应用前景。为了促进压电振动能量采集器件的集成与融合,提出面内压电振动能量采集,将压电振动能量采集器进行扁平化设计,使其在二维平面内采集振动能量,在保证较大功率输出下能够显著减小器件所需三维空间。为了提高输出功率与工作频宽,设计了具有双稳态与力放大机制的面内压电振动能量采集器。考虑弯张小变形,通过能量法建立了面内压电振动能量采集器的机电耦合动力学模型。分析了关键设计参数对面内压电振动能量采集器性能的影响。数值仿真了面内压电振动能量采集器在简谐激励下的俘能性能,结果表明,通过合理的设计,面内压电振动能量采集器可以低频、宽频弱激励下有效俘获能量。面内压电振动能量采集设计方法有利于推动便携式、可穿戴式自供能等方面的应用和产业化。     

轴向载荷作用下压电—弹性层合梁段的二维解析解

本文利用压电弹性介质的二维本构关系，推导出带压电层的弹性梁段受轴力作用的位移和电势分布的解析表达式。为探索压电层的分布感测机理以及验证有限元数值方法提供了参考依据。     

A close-form solution to simply supported piezoelectric beams under uniform exterior pressure

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＤｕｅｔｏｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ’ｅｘｔｅｎｓｉｖｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｓｍａｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ｉｔｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｒｏｂｅｉｎｔｏｔｈｅｉｒｍｅｃｈａｎｉｓｍａｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓａｎｄａｃｔｕａｔｏｒｓ[1].Ａｓｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｆｉｎｄａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃ＿ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍ,ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａ…