智能结构的若干问题与进展

阐述了智能结构的基本概念及研究意义,介绍了国内外在智能结构方面的研究现状,重点讨论了以压电材料为基础的压电智能结构的组成,压电致动器及压电传感器的布置方式,压电智能结构的分析方法及压电智能结构的优化等问题,最后对智能结构目前要解决的问题和今后的研究方向作了展望。     

压电智能结构的阻抗法建模

采用基于机械阻抗分析的方法，推导了表面粘有压电陶瓷作动器的四边简支矩形薄板的建模过程，并进行了仿真计算。与静态分析的结果进行比较，表明阻抗法的建模过程抓住了电压陶瓷片与结构之间动态耦合的物理实质，是一种更好的建模方法。     

几何非线性与材料非线性

从基本概念出发,通过例子讨论在结构分析中产生几何非线性与材料非线性的原因,澄清关于它们必然同时出现的误解,并指出根据问题非线性的类型正确选择分析方法的重要性。     

智能结构中压电元件的最佳厚度

研究了在智能结构中压电元件,粘合层及主结构之间厚度的匹配关系,在常电压作用下,压电元件存在一最佳厚度使有效弯矩最大。对于钢基体和铝基体的梁,压电层的最佳厚度分别为基体厚度的１／２和１／３。     

强电场和机械荷载联合作用下轴对称压电层合圆板的非线性变形

本文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,导出轴对称压电层合圆板的von Karman方程,利用幂级数法求解,得到强电场和均布载荷作用下的挠度、轴力及轴向位移的解析表达式,通过对双压电晶片执行器的数值计算及分析,得到线性与非线性模型之间的差别和适用范围。     

智能机械结构的拉伸-弯曲模型

利用虚功原理,建立了一种智能机械结构单面粘贴有压电致动器的梁结构的拉伸弯曲耦合模型,在分析过程中,考虑了梁与致动器之间粘贴层的影响·通过分析可得,粘贴层剪切应力的分布与致动器端部附近的应变分布有相似的特征·随着粘贴层的剪切模量的增加或其厚度的减小,则剪切力在靠近压电致动器端部区域迅速增大·     

压电材料非线性本构关系及有限元实施

通过对试验结果的分析 ,提出经过简化的压电陶瓷PZT 4的非线性本构关系 ,建立相应的有限元计算方法 .以多重复合式压电材料启动器为例 ,计算电荷载作用下的电畴翻转、反向极化和反向电致屈服等非线性响应 ,从而对压电材料启动器的工作特性有所了解 ,并对它的破坏机理的研究提供一些启示 .     

基于压电致动器的有限元分析

由于压电智能结构装置变得越来越复杂化和多样化,给智能结构的设计和优化分析带来困难．为了定量地分析影响执行器与结构材料之间变形传递关系的因素,使用有限元商业软件成为一种方便快捷的途径．使用专用的有限元软件建立单面粘贴压电元件悬臂梁的模型,通过计算分析粘接层和压电层性质(弹性性质和厚度)对执行器与结构材料之间变形传递关系的影响．     

工程结构几何非线性有限元研究述评

在结构线弹性计算中,一般都假定在加载过程中用结构变形前的形状来代替变形后的形状.然而在实际工程结构中,往往存在着大位移、大转角或大应变等问题.这时平衡条件就应如实的建立在变形后的位形上,以考虑变形对平衡的影响;同时应变表达式也应包括位移的二次项,这就需要采用几何非线性来研究.以此为出发点与当前流行的有限元方法相结合,分析了几何非线性有限元法分析的一般过程.综合比较了几何非线性有限元法在杆、梁、板、壳等方面的国内外研究成果,指出目前仍存在的问题,提出今后的发展方向,为几何非线性有限元的理论研究与程序设计提供参考.     

压电智能结构的一类非线性控制器设计方法

根据重置微分方程理论,提出了压电智能结构的一类非线性振动控制器设计方法.通过模拟压电分流阻尼开关系统的作用效果,设计了一个满足Lyapunov稳定性的非线性控制器,建立了被控系统的动力学模型,研究了控制器的控制算法,模拟电路中电感、电阻的数值以及开关的作用仅仅作为数学表达式存在于控制器的设计中,克服了被动压电分流阻尼技术存在要求大物理电感的缺陷,同时提高了控制器的环境适应性.悬臂梁的数值仿真结果表明控制器不仅能够较好地控制被控目标模态,而且对其它模态也有一定的抑制效果.     

几何非线性结构的分析第二版

本书基于一个定理：在出现预应力的情况下，几何非线性与结构中的线弹性效应有同样的大小量阶，从而可以简单地把线性结构分析方法推广到几何非线性的情况。全书分为9章和6个附录。第1章概论；第2章线性结构分析；第3章桁架的“精确”分析；第4章平面框架的非线性分析；第5章空间框架的非线性分析；第6章薄膜的非线性分析；第7章缆索网和纺织结构；第8章三维梁一柱；     

压电传感材料与结构的变形传递模型

对结构材料与压电陶瓷传感器的应力应变传递关系进行了研究。根据剪应力滞后分析,提出了一种专门针对此智能材料的三层应力模型,得到了结构材料与传感器之间的应变传递因子,并通过计算机仿真实验,分析了粘接层和压电性质对应变传递应子的影响。     

压电智能结构振动控制的数值模拟

文章考虑了压电传感器/激励器的刚度和质量对系统的影响,建立了压电智能结构的有限元动力方程;采用三维八节点实体压电耦合单元,运用ANSYS参数化语言(APDL)编写了压电智能结构振动主动控制的数值模拟程序;研究了系统在干扰荷载作用下P、PD和PID控制器的控制性能,分析了不同控制情况下的系统特征参数识别,并讨论了一对压电片和多对压电片对系统的控制效果,以数值算例对理论分析进行了仿真。研究所得结论对压电智能结构振动主动控制的实践具有一定的参考价值。     

发展智能结构的关键技术及其应用

简要介绍了智能结构的定义、组成、详细论述了发展智能结构的四大关键技术，以及在工程中的实际应用。     

一维超磁致伸缩材料杆件的几何非线性研究

一维超磁致伸缩材料杆件的几何非线性问题,在数学上属于非线性偏微分方程,对其求解一般只能借助数值方法.考虑了一维超磁致伸缩材料杆件的几何二次非线性,列出其在磁场中振动的位移微分方程——非线性振动方程,对其采用差分法离散后再运用精细积分算法的思想对方程进行求解.     

超磁致伸缩换能器几何非线性特性分析

针对超磁致伸缩材料存在的换能器碟簧非线性刚度特性,建立了具有碟簧刚度的平方和立方非线性特性的超磁致伸缩换能器复合非线性数学模型.应用多尺度法得到了超磁致伸缩换能器几何非线性振动系统响应的解析解和频响特性表达式.计算了其有无切削力两种情况下的数值解和解析解,并分析比较了其数值解和解析解的时域波形,同时得出了实际磁性参数下的频响关系曲线,分析了外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对频响关系式的影响.结果表明:数值解和解析解的时域波形基本一致,满足实际要求.外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对超磁致伸缩换能器的频响特性有明显影响,并且是研究换能器非线性刚度特性必须考虑的.     

索网结构几何非线性分析的增量理论

采用修正的Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标的描述法，使用直杆单元分析了索网结构在荷载下的几何非线性，计算结果表明，该方法计算量少，能够使用于复杂索网结构的大跨分析，对于短索单元具有足够的计算精度。     

压电智能板的稳定性与可控性分析

从能量角度对粘贴有压电传感层与致动层的智能层板的稳定性与可控性作了理论分析，导出了反映智能板能量变化与外加控制电压之间关系的功率流的表达式，并在此基础上，得到了几个有关智能板控制系统稳定性的性质，分析了用整块致动层并施加均布电压来对板进行控制时矩形板的几种不可控情况，并讨论了压电致动层的分块对板可控性的改进作用。     

电致伸缩材料非线性力学计算中的几个问题

由于电致伸缩材料本构方程的非线性特性,该材料在力学理论计算、材料参数测试中会出现一定的困难.同时,电场体积力在计算与实验中也应纳入考虑范围.文章给出了一种合适的电致伸缩材料的本构方程,并指出电场体积力的表达式取为Maxwell应力较为合适.利用一种简单模型,给出了0阶近似下的2种处理方式（考虑电场体积力与否）的近似解以及一般处理方式下的解析解.利用推导结果得到了这3种不同处理方式下的位移、应力场数值算例.结果表明,应根据不同条件,在具体计算中合理地处理电场非线性效应以及电场体积力才能得到符合实际情况的结果.