线性分布荷载作用下梯度功能压电悬臂梁的解

采用逆解法求解了上表面受线性分布荷载作用的压电悬臂梁执行器,其中体积力$F_z$呈非线性分布. 首先确定了应力函数和电位移函数的多项式表达式,进而研究了该问题的通解,以及体积力的不同分布对解答的影响. 常体积力和无体力情况下的解可以由上述解直接得到. 本文为研究其它类型的压电梯度微观结构提供了一种可行的方法.     

Functionally graded piezoelectric cantilever beam under load

Summary In the present paper, the problem of a functionally graded piezoelectric cantilever beam subjected to different loadings is studied. The piezoelectric beam is characterized by continuously graded properties for one elastic parameter and the material density. A pair of stress and induction functions in the form of polynomials is proposed and determined. Based on these functions, a set of analytical solutions for the beam subjected to different loadings is obtained. As particular cases, series of solutions for some canonical problems can be directly obtained from the solutions of the present paper, such as for the problems of a piezoelectric cantilever beam with constant body force or without body forces, etc.This research work is supported by the National Natural Science Foundation of China (50272003). Support was also given by the Teaching and Research Award Fund for Outstanding Young Teachers in Higher Education Institutions of MOE, P.R.C.     

压电智能环形板的主动控制

对在不同位置粘有任意多组压电传感器和压电执行器的轴对称弹性环形薄板的振动控制进行了研究．根据压电执行元件的等效作用量得到了压电智能环板的振动控制方程和传感方程,再利用分离变量法以及由传感器测得的电量和作用在执行器上电压之间的控制模式得到振动方程的全解．实行了对整体结构的主动控制．对不同的压电片布置进行了数值计算．结果表明：当离散分布压电元件布置越密,振动衰减的效果越佳     

含压电材料智能结构动态特性的研究

本文推导了含压电材料智能结构有限元动力方程,讨论了智能结构系统的动态特性,得到了模态形状和相应的模态电压以及考察了具有分布的压电传感器和执行器的四边简支方板的各阶固有频率随以馈增益的变化规律,这些结果将在智能结构控制的优化设计中起到了很大的作用。     

智能板振动控制的分布压电单元法

提出了一个用于振动控制的分布压电单元法,该方法中采用将分布压电传感器和致动器分割成若干相互独立的单元的方法,来设计压电模态传感器与压电模态致动器．压电模态传感器所观测的模态坐标和模态速度,可从各传感单元的输出电荷及电流中提取出来;而压电模态致动器则通过调制施加于其上的电压的空间分布来实现．在此基础上对智能板进行了模态控制     

梯度功能压电悬臂梁的一组基本解及其应用

采用应力函数解法,研究了弹性参数和体积力同时呈梯度变化时压电材料悬臂粱的力-电响应,得到了应力函数和电位移函数的解析表达式及梯度功能压电悬臂梁的一组基本解．作为一种应用形式,给出了梯度功能压电执行器的尖端位移和制动力的确定方法、此外,利用该基本解,可以方便地确定悬臂梁在多种不同典型荷载单独或联合作用下的解答。     

压电/纤维复合材料耦合旋转驱动器力学设计模型

本文在经典层合板理论和三维压电材料本构方程的基础上,依据压电材料与纤维复合材料之间的相互作用、位移连续条件,建立了压电-纤维复合材料旋转耦合驱动器力学模型,并推导出电耦合方程.计算和初步实验说明,这种新型结构的压电伸缩变形-离轴纤维复合层扭转变形耦合旋转驱动器比同类型驱动器能量密度高、转矩大,且这种旋转电机结构简单紧凑、工作稳定、寿命长、预计随着研究的进一步深入,可望成为一种新型的微致驱动器而广泛应用于微型机械、精密测量和自动控制等领域.     

具有压电材料薄板弯曲控制的有限元法

考虑一均匀各向同性薄板结构,在其上下表面离散分布着压电执行元件.在横向外载和电压共同作用下,分析板的弯曲变形,并通过变化作用于执行元件上的电压对板的变形进行控制.根据逆压电效应将电压转换成作用于板上的等效作用量,用Hamilton原理导出压电结构板弯曲变形的有限元公式,并对环形板的情况进行了数值计算.     

用两种功能材料综合控制智能梁的振动

给出了用两种材料对梁进行振动控制的综合控制方法。采用多层分布压电层进行精密主动控制时,将压电传感层和压电致动层分割成若干单元来设计压电模态传感器和压电模态致动器,进而实现了梁的模态控制,同时利用形状记忆合金的超弹性特性对梁进行被动控制来抑制梁的大振幅振动,取得了很好的控制效果。     

热环境下贴压电层的功能梯度材料板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Kármán型方程,用双重Fourier级数展开法求得了热环境下带压电层的功能梯度复合材料混合层合板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了环境温度和控制电压对固有频率及动力响应的影响。     

智能板模态传感与控制的数值分析

智能结构技术对空间大型柔性结构 振动控制问题具有重要意义,采用独立模态空间控制技术对压电智能板进行主动振动控制是一种常用方法,以前对这一问题的研究仅限于解析的方法,本文采用有限单元法,设计了新的压电模态传感器与致动器,该方法能够适用于形状及边界条件较为复杂的智能板,算例分析证明了该方法的正确性。     

界面特性对功能梯度智能梁静动态响应的影响研究

采用状态空间法分析了两边简支的含压电夹层的功能梯度梁的静力弯曲和自由振动问题.为了考虑中间压电层与上、下功能梯度层之间的粘结效果,采用线性弹簧模型以模拟界面性能.假设上下功能梯度层的材料参数沿厚度连续变化,而压电层则是均匀材料,并且它们都是正交各向异性的.由于功能梯度梁的不均匀性使得直接求解比较困难,文中用层合模型来进行近似.数值算例中,分别考虑了压电层用于传感器或作动器的情形,分析了粘结界面完美程度对组合梁静力弯曲和自由振动频率的影响.     

压电结构振动控制及压电片位置优化的遗传算法

采用比例反馈控制,由线弹性压电层合结构有限元动力方程,推导了压电智能结构的振动控制方程.采用三维八节点实体耦合单元(Solid5)模拟压电致动器/感应器,三维实体单元(Solid45)模拟主结构,利用ANSYS中参数化语言(APDL)编写了压电层合智能结构的有限元程序.以零一最优问题来描述致动器/感应器的位置优化问题,用遗传算法(GA)求解.以压电智能悬臂板为数值算例,采用比例反馈控制,研究了瞬时荷载作用下,最优位置和一般位置配置致动器/感应器时智能结构的控制效果.为了进一步验证本文方法的正确性,研究了简谐荷载作用下系统的控制效果.数值结果表明采用遗传算法搜索压电智能结构振动控制中压电致动器/感应器的最优位置是十分有效的并具有较高的计算效率.     

1-3型OPCM应变传感元件的传感机理研究

本构造了正交异性压电复合材料（OPCM）应变传感元件。从理论上推导了OPCM传感元件检测平面应变场中任意方向应变的力-电耦合方程,用实验手段对OPCM元件的压电正交异性效应进行了验证。实验证明仅当压电相的极化方向与元件的受力面平行时,OPCM元件具备压电正交异性之特性。     

密集模态挠性结构传感器/作动器的优化配置

在适当的假设条件下,推导出了压电作动器产生的弯矩与输入电压的关系式及压电传感器输出电压与输入弯矩的关系,进而得到H型密集模态挠性板模型的状态空间表达式,并由此模型出发,采用一种基于能量的传感器/作动器的优化配置策略,该准则可以很自然地研究整个动态模型的可控性和可观性,进而确定传感器/作动器的位置。针对H型密集模态挠性板振动主动控制的数值仿真表明了该准则的有效性。