恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析

论文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构,理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题.为解析求解方便,文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法,导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式.利用导出的解析表达式,数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响.计算结果表明:磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量,复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间.     

恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析

本文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构,理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题。为解析求解方便,文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法,导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式。利用导出的解析表达式,数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响。计算结果表明：磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量,复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间。     

功能梯度板弯曲和自由振动分析的简单精化板理论

论文提出了一种可用于分析功能梯度板弯曲和自由振动行为的简单精化板理论.该理论分析功能梯度板的弯曲时只需三个未知量,而分析功能梯度板的自由振动时只需一个未知量.与包含三个未知量的经典板理论相比,论文提出的简单精化板理论考虑了横向剪切效应,提高了计算准确度.与一阶剪切变形板理论不同,该简单精化板理论引入了多项式型剪切应变函数,满足板上下表面剪切应力为零的边界条件,因此不需要剪切修正.通过与已有文献的比较,验证了该简单精化板理论的准确性和便捷性,并基于该简单精化板理论研究了功能梯度板的弯曲和自由振动力学行为.     

加热压电纤维复合材料圆板的横向自由振动

基于经典薄板理论和极正交各向异性材料的本构理论,建立了加热压电纤维复合材料圆板的线性振动控制微分方程。采用打靶法分别获得了加热压电纤维复合材料圆板在周边固支和简支情况下,无量纲固有频率随温度和电场强度变化的关系曲线,并分析了压电纤维体积分数、刚度参数、电场强度和温度变化对压电纤维复合材料圆板无量纲固有频率的影响。结果表明,一定体积分数或者电场强度下,压电纤维复合材料圆板的无量纲固有频率都随温度的升高而单调下降;同一温度下,刚度参数越小,无量纲固有频率越低;电场强度越大,无量纲固有频率越高。     

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     

多个局部温度载荷下压电半导体纤维杆的压电电子学行为分析

温度改变产生的极化电势可对压电半导体结构内的物理量进行有效调控,这在穿戴电子器件及与温度相关的半导体电子器件中有重要工程应用价值.本文针对在多个局部均匀温度变化作用下的压电半导体杆结构,采用一维热压电半导体多场耦合方程,基于线性化的漂移-扩散(drift-diffusion)电流模型导出了问题的解析解.以两个局部温度载荷情况为例,数值分析了局部温度改变对压电半导体内位移、电势、电位移、极化强度、载流子分布等物理场的影响.对于温度改变较大的情况,在COMSOL软件的PDE模块中,采用非线性电流模型,进行数值模拟.研究结果表明:由于两个局部区域的温度改变,在半导体杆内形成了局部势垒和势阱,不同的温度改变量和作用区域会产生不同高度/深度的势垒/势阱,为基于压电半导体的热压电电子学器件结构设计提供了理论指导.     

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。     

压电功能梯度板自由振动的三维解

基于三维弹性理论和压电理论,导出了有限长矩形压电功能梯度板的动力学方程及相应的边界条件,并用幂级数展开法进行了求解.得到了压电功能梯度板自由振动的三维精确解公式,求解了自由振动的固有频率,并分析了压电系数的梯度变化对不同电学边界条件下压电板的自由振动频率的影响.结果可用于校核不同的近似理论及理解压电结构的动态行为.     

采用压电机敏元件进行结构振动控制：Ⅰ：耦合系统动力分析

本文从机电耦合弹性体的理论出发，运用Ｈａｍｉｌｏｎ原理建立了一般压电耦合系统的动力分析模型，并给出了模态分析和有限元分析的耦合系统方程，作动方程及检测方程，该分析模型和计算公式可用于任意形状压电耦合系统的动力分析和振动控制设计。另外，导出的模态分析和有限元公式可用现有的商业软件求解。     

Planar Flexural Vibrations and Dissipative Heating of Laminated Rectangular Plates

The coupled thermomechanical dynamic behavior of a heterogeneous solid is investigated by an example of laminated inelastic rectangular plates subjected to forced vibration and dissipative heating. The problem is solved in two formulations: complete and approximate. The complete formulation uses generalized flow theory to describe the inelastic properties of the material. The approximate formulation employs a model based on the idea of complex moduli. Special distributions of the field variables and amplitude–frequency responses of the rectangular plate are analyzed. The effect of the loading level on the mode shape and stress distribution is studied as well. A good agreement between the results obtained in the complete and approximate formulations is pointed out.     

Resonant Electromechanical Vibrations of Piezoelectric Plates

The scientific results on the resonant electromechanical vibrations of piezoceramic plates in the form of disks, rings, and polygons obtained over the last 30 years are analyzed, systematized, and generalized. Emphasis is on experimental methods. It is shown that all piezoceramic plates have vibration modes at which deformations are in-phase over the entire volume of the body __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 41, No. 7, pp. 3–46, July 2005.     

多层压电材料层合板的精确解

抛弃有关位移和应力的所有假设，直接从三维弹性力学理论的静电学理论，先导出正交各向异性压电材料板的状态方程，由此得到四边简支压电材料板的状态主程，再根据矩阵分析理论，建立了单层压电材料板的上下表面状态量之间的关系，进一步建立了多层压电板上，下表面状态量之间关系式，利用上下表面已知状态量，得到上表面未知状态的求解方程解。通过求解方程组，便得上表面未知状态量，最终可以得到任意位置处状态量，最后，同时给出了四边简支，两层不同压电材料组成，不同纵横比的层合板受正弦分布载荷作用下的精确解，其结果与现有解比较，吻合较好。     

Vibrations of Thin Piezoelectric Flexural Shells: Two-Dimensional Approximation

We consider the eigenvalue problem for a thin piezoelectric shell, of thickness 2∈, clamped along a portion of its lateral surface under the geometrical assumption that the space of inextensional displacements is infinite-dimensional. We then show that the eigensolutions converge, as ∈→0, to the eigensolutions of the two-dimensional piezoelectric flexural shell. This revised version was published online in June 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。     

考虑几何与压电非线性行为压电层合轴对称圆板的精确解

研究可移简支及夹支边界条件下,轴对称压电层合圆板在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形.考虑电致伸缩的非线性压电效应及几何非线性的影响,导出轴对称压电层合圆板的控制方程.通过调整坐标轴的位置对控制方程进行简化,得到关于挠度和径向力的4阶非线性控制方程.再通过简单的积分并引入无量刚变量将控制方程等价地化为2阶非线性耦合微分方程组.利用幂级数法得到可移简支及夹支边界条件下强电场和均布荷载共同作用时的挠度、径向力及径向位移的幂级数精确解.通过对双、单压电晶片执行器的数值计算及分析,得到电场、外载对于位移、径向力的影响关系.     

Flexural Vibrations of a Piezoelectric Bimorph with a Cut Internal Electrode

Stationary vibrations of a bimorph plate composed of two piezoelectric layers of equal thickness are studied. There is an infinitely thin cut electrode between the layers. A model of flexural vibrations of the bimorph that is based on the variational equation generalizing the Hamilton principle in electroelasticity is proposed. For the plane problem, a system of equations of motion is derived and the boundary conditions and the conjugate conditions at the interface of the regions of the cut electrode are formulated. For the TsTS–19 piezoceramics, resonance and antiresonance frequencies are calculated. The values obtained are compared with the calculation results obtained with the use of the Kirchhoff model and the finite–element method. It is shown that the use of a plate with a cut electrode allows one to increase the efficiency of vibration excitation compared to the case of a continuous internal electrode.     

压电复合材料层板柱面弯曲的精化理论

本研究旨在建立精确的压电复合材料层板理论。位移场和电势场采用近似表达，其沿板厚的分布通过构造高精度的位移分布函数和电势分布函数来描述。这两个函数由三雏弹性平衡方程和静电平衡方程的特解来导出，从而满足复杂的力电耦合关系和各类连续条件，保证了本文理论的高精度。本文理论仅涉及4个位移和电势变量，且不随层数的增加而增多，较之变量随层数而增多的分层理论简单得多，平衡方程形式简单；也便于发展成有限元等数值模型。通过与三维精确解比较，算例显示了本文理论的高精度和有效性。     

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。