强电场和机械荷载联合作用下压电层合梁的非线性变形

本文研究简支,固支和悬臂压电层合梁在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形。考虑材料的电致伸缩和电致弹性压电效应以及几何非线性导出压电层合梁的数学模型。并求得在电场和均布力联合作用下各种边界条件梁的挠度和位移解析表达式。通过对双压电晶片梁和单压电晶片梁的数值计算及分析得到线性与非线性模型之间的差别和适用范围。     

轴对称压电圆板的非线性动力响应

基于Von Karman板理论和压电材料力学,考虑横向剪切变形,建立了轴对称压电圆板的非线性运动方程,提出了相应的力学与电学边界条件.求解时,首先应用Galerkin方法,将非线性偏微分运动方程转化为仅含时间变量的非线性常微分方程.然后,应用Newmark-β方法将时间函数离散,整个问题应用Newtoni迭代法求解.算例中,求得了压电圆板线性振动基频,验证了方程和求解方法的可靠性,讨论了压电效应、几何非线性、结构尺寸、力学和电学荷载等因素对板非线性动力响应的影响.     

压电层合圆板传感器的非线性静力耦合分析

本文基于von Karman薄板非线性理论，压电基本方程和经典层合板理论，对上，下表面粘有压电传感膜层的圆薄板压力传感器的力-电耦合特性进行了定理分析。首先，针对压电层合圆板传感器件建立了考虑几何非线性变形的力-意耦合模型。给出了压电薄膜层感应电量的计算公式；然后，采用级数解法进行了求解，得到了非线性静力耦合问题的幂级数精确解，给出了传感器静态测量过程中所关心的压力-电量特征曲线和中心挠度，电量特征曲线；同时，定量讨论了压电二次效应对感应电量和层合结构中心挠度的影响。通过所得结果，在压电式压力传感器设计中，为采用电信号直接输出有关结构的变形和外界载荷等待测参量提供了依据。     

强电场作用下简支压电层合梁的非线性动力分析

研究可移简支压电弯曲层合梁在交变强电场作用下的非线性动力学行为．考虑材料的电致伸缩和电致弹性压电效应以及几何非线性导出压电层合梁的数学模型．导出简支压电执行器的弯曲振动控制方程,并得到它的刚度是关于时间的慢变函数关系．利用非定常振动的渐近理论和Galerkin方法对具有慢变系数的非线性动力方程进行求解,得到了可移简支压电层合梁的动力特征．最后得到了可移压电简支梁的共振频率、固有频率和电场频率三者之间的变化关系以及谐振幅度与作用电场强度的关系．     

轴对称圆薄板大挠度微分方程的数值分析方法

根据轴对称问题的特点,利用级数展开和求极限法则,证明了轴对称大挠度圆薄板在圆心处应满足的边界条件,并以圆薄板轴对称大挠度弯曲变形微分方程为基础,建立了圆心处非奇异的轴对称大挠度圆板弯曲微分方程,从而可以方便地利用现有的常微分方程数值求解方法(如变步长龙格-库塔法)对实心圆板的轴对称问题进行数值求解,又不必像摄动法那样推导复杂的公式。在数值求解轴对称圆板大挠度弯曲变形微分方程时,将非线性微分方程的求解主要归结为迭代求解圆心处三个未知边界条件的问题,即圆心处的径向膜力、圆心处的挠度、圆心处挠度的二阶导数,并提出了相应的求解方法。实例中,对于圆薄板受均布横向荷载的问题,分析了周边固支边界条件下的非线性弯曲问题,给出了中心挠度参数大范围变化时的荷载和部分边界值变化曲线,并与经典摄动解进行了对比。对比结果可见,本文方法和摄动法的解非常接近,在量纲归一化中心挠度不超过4.0时,两种方法解的相对误差均小于5.0%。另外,本文还分析了与挠度有关的液体压力作用下和集中荷载作用下周边固支圆板的非线性弯曲问题。通过算例可见:本文方法可以灵活处理不同的荷载问题;对于不同的问题,计算过程相似,不必推导复杂的计算公式,计算精度容易控制。     

受预张力或均布边缘径向荷载的圆薄板的大挠度问题

本文以幂函数为试函数,用配点法计算圆薄板的轴对称大挠度,圆板可先受预张力的作用。荷载为轴对称分布荷载、均布边缘力矩及径向力或它们的联合作用。计算结果表明,本法求解的收敛速度和收敛范围远远超过幂级数解法。     

功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确分析

本文对周边为广义刚性滑动和广义简支两种边界条件下的功能梯度压电材料圆板自由振动问题进行分析。根据轴对称横观各向同性压电材料基本方程,并利用有限Hankel变换得到了功能梯度压电材料圆板的状态空间方程。假设材料的机械和电学性质均沿板厚方向按统一的指数函数形式梯度分布,从而获得了周边为广义刚性滑动和广义弹性简支两种边界条件下功能梯度压电圆板自由振动问题的三维精确频率方程,该方程是一个关于自由振动频率的超越方程,通过求解该超越方程可得到在不同板厚以及不同的材料性质梯度变化情况下的圆板自由振动频率值,结果表明在相同的材料性质梯度变化情况下频率均随着板厚增加而增大,而在相同的板厚情况下频率则随材料性质梯度变化指数的增大而减小的结论。     

具脱层的轴对称层合圆板的非线性振动分析

基于Von Karman板理论,应用三分区模型,建立了考虑横向剪切效应时具任意脱层的正交对称铺设轴对称层合圆板在径向压力荷载作用下的非线性运动微分方程。对未知变量在空间上采用Bessel函数,应用Galerkin法,得到无量纲的仅关于时间函数的运动微分方程,并应用谐波平衡法对此方程进行求解,算例中讨论了不同脱层半径、脱层深度对具脱层的正交对称铺设轴对称层合圆板非线性幅频响应的影响。     

功能梯度压电圆板轴对称自由振动问题精确解

将功能梯度压电圆板的位移变量和电势变量写为分离变量的形式，由压电动力学平衡方程导出以位移、电势及其一阶导数为状态变量的状态方程，考虑周边固支接地的边界条件，导出了求解功能梯度压电圆板自振频率精确解的方程。将方程退化至一般的非梯度纯弹性圆板的形式，求解其自振频率，得到的结果与相应的理论解完全吻合，从而验证了本文方法的正确性。更进一步地对梯度函数沿板厚以指数形式变化的功能梯度压电圆板的自振频率进行了计算，并得到了梯度化对板自振频率的影响规律。     

功能梯度中厚圆/环板轴对称弯曲问题的解析解

基于一阶剪切变形板理论，导出了热/机载荷作用下，位移形式的功能梯度 中厚圆/环板轴对称弯曲问题的控制方程，获得了问题的位移和内力的一般解析解. 作为特 例，分别研究了边缘径向固定和可动的夹紧和简支的4种实心功能梯度圆板，给出了它们的 解，并分析了热/机载荷作用下解的形态，讨论了横向剪切变形、材料梯度常数和边界条件， 对板的轴对称弯曲行为的影响.     

非线性压电效应下压电层合板的弯曲

考虑非线性压电效应,即电致弹性和电致伸缩效应情况下压电层合板的弯曲。从非线性压电方程和几何方程导出了压电层合板合应力、合力矩与应变之间的广义本构关系,这些关系关于电场是非线性的。利用Ritz法和双傅立叶级数得到四边简支对称压电层合板在高电场作用下的非线性解并进行计算。结果表明,只考虑线性压电效应只能适应于作用电场较低或基础层的刚度比压电层的刚度要大得多的情况。     

Creep buckling and post-buckling analysis of the laminated piezoelectric viscoelastic functionally graded plates

The creep buckling and post-buckling of the laminated piezoelectric viscoelastic functionally graded material (FGM) plates are studied in this research. Considering the transverse shear deformation and geometric nonlinearity, the Von Karman geometric relation of the laminated piezoelectric viscoelastic FGM plates with initial deflection is established. And then nonlinear creep governing equations of the laminated piezoelectric viscoelastic FGM plates subjected to an in-plane compressive load are derived on the basis of the elastic piezoelectric theory and Boltzmann superposition principle. Applying the finite difference method and the Newmark scheme, the whole problem is solved by the iterative method. In numerical examples, the effects of geometric nonlinearity, transverse shear deformation, the applied electric load, the volume fraction and the geometric parameters on the creep buckling and post-buckling of laminated piezoelectric viscoelastic FGM plates with initial deflection are investigated.     

复合材料层合板的二次屈曲和二次分枝点分析

为了研究复合材料层合板的二次分叉特性 ,利用能量变分原理和非线性几何方程建立了具有弹性约束的复合材料层合板在面内载荷作用下的非线性稳定性控制方程组。控制方程组用广义傅立叶级数法进行求解 ,并得到载荷 -挠度曲线。基于分叉理论中的 Lerray-Schaulder定理 ,采用小挠动法 ,直接导出了复合材料层合板的二次失稳方程。研究结果表明 ,非对称层板也可能存在分叉 ,弹性转动支持系数和铺层等因素对二次分叉有很重要的影响。随着弹性系数的增大 ,二次失稳载荷值与初次失稳载荷值之比下降     

Nonlinear bending analysis of ring-stiffened circular and annular general angle-ply laminated plates with various boundary conditions

In this study, elastic large deflection analysis of axisymmetric ring-stiffened circular and annular general angle-ply laminated plates subjected to transverse uniform load is studied. Based on first order shear deformation theory (FSDT) and large deflection von-Karman relations, the governing equations are derived. The dynamic relaxation (DR) method in conjunction with the central finite difference discretization technique is used to solve the nonlinear equilibrium equations. A detailed parametric study is carried out to investigate the influences of plate thicknesses, stiffener width, stiffener depth, fiber orientation, stacking sequence and different types of boundary conditions. Also, some linear and nonlinear analysis is provided to consider the effect of nonlinearity on the results.     

带剪切型压电激励器的板的高阶剪切变形理论

利用压电材料固有的正，逆压电效应可以对结构变形和振动进行控制。与外加电场与极化方向平行于板厚度的压电材料的拉伸作动机制相比，外加电场与极化方向垂直的压电材料的剪切作动机制可以在作动器内产生较小的应力，从而降低作动器边界产生分层破坏的危险。本文对于压电材料的剪切作动机制进行研究，应用三阶剪切变形理论建立带剪切型压电激励器的智能层合板模型。采用哈密顿原理导出带剪切型压电激励器的层合板的控制方程。采用空间法得到了各种边界条件组合条件下板的解析解。数值算例对一三层板采用高阶和一阶剪切变形理论进行计算，结果表明两种理论所得的变形曲线很相似。但对于厚度剪切型激励器而言，由于激励器是引起板的剪切变形，而高阶剪切变形理论比一阶剪切变形理论能更好地反映结构的剪切应变能，因此高阶剪切变形理论可以提供板变形的更为精确的解。因此，对于厚度剪切型激励器，剪切变形理论的选取对于板变形结果的好坏有重要的作用。     

压电复合材料梁和板的变形控制问题

由于具有良好的结构、力学性能,复合材料层合板在现代飞行器上大量应用;而压电复合材料,作为一种新兴的智能材料,由于其独特的力电耦合性能得到了人们更多的关注。本文研究含有压电片的复合材料梁和板在电场作用下的变形控制问题。基于经典的梁理论和层合板理论,分别研究了下列问题:(1)双压电片布置的悬臂梁的变形;(2)含有压电层的层合板变形控制问题;(3)含有一对压电片的层合板的变形控制问题。针对上述问题,分别给出了理论解和数值解,并进行了相关讨论分析。结果表明压电材料可对结构进行精确控制,因此本文的结果可对复合材料梁和板在电场作用下的变形控制问题提供工程参考。