功能梯度压电微结构力—电耦合特性分析

功能梯度压电微结构力—电耦合特性分析

论文摘要

本文首先基于压电弹性体静力学理论,采用Airy应力函数解法,考虑主要压电参数呈任意变化,给出了多层功能梯度压电曲梁以及连续功能梯度压电曲梁的静力学解析解与数值解,理论解答与数值解答符合很好。其次,在两种不同的边界条件下,对功能梯度压电/弹性复合曲梁进行了解析和数值分析,研究了弹性层参数和压电层参数对复合曲梁整体性能的影响。接着,本文对多层功能梯度压电圆筒以及连续功能梯度压电圆筒进行了静力分析,给出了两种圆筒在同时承受外加电压以及外加压力作用下力学及电学分量的解析解。此外,本文还分别基于弹性薄膜理论和薄壳理论,研究了功能梯度压电弹性筒的动力响应,给出了压电参数沿轴向呈线性分布时,压电弹性筒力学和电学响应的解析解,并对两种理论的优缺点进行了讨论。最后,建立了2-2型水泥基压电机敏器件动力特性的分析模型,采用位移解法给出了其解析解,并与相关文献的实验结果进行了比较和讨论,为水泥基压电机敏器件在土木工程中的应用提供了理论分析方法。

论文目录

  • 致谢
  • 中文摘要
  • ABSTRACT
  • 1 引言
  • 1.1 功能梯度压电材料的研究背景
  • 1.2 功能梯度压电材料的研究现状及存在的问题
  • 1.2.1 静力响应
  • 1.2.2 动力响应
  • 1.3 水泥基压电混凝土
  • 1.4 本文研究内容、方法和创新性
  • 2 基本理论
  • 2.1 基本方程
  • 2.1.1 本构方程
  • 2.1.2 运动方程(平衡方程)
  • 2.2 平面问题
  • 2.2.1 平面应变
  • 2.2.2 平面应力
  • 3 功能梯度压电曲梁的静力分析
  • 3.1 多层功能梯度压电曲梁静力分析
  • 3.1.1 解析求解
  • 3.1.2 数值计算与比较
  • 3.1.3 小结
  • 3.2 连续功能梯度压电曲梁静力分析
  • 3.2.1 解析求解
  • 3.2.2 特例
  • 3.2.3 参数分析与数值比较
  • 3.2.4 小结
  • 3.3 两种模型的比较
  • 4 功能梯度压电/弹性复合曲梁的静力分析
  • 4.1 压电层并联
  • 4.1.1 解析求解
  • 4.1.2 数值计算与比较
  • 4.1.3 小结
  • 4.2 压电层串联
  • 4.2.1 解析求解
  • 4.2.2 数值分析与比较
  • 4.2.3 小结
  • 4.3 两种模型的比较
  • 5 功能梯度压电圆筒
  • 5.1 多层功能梯度压电圆筒
  • 5.1.1 解析求解
  • 5.1.2 数值计算与比较
  • 5.1.3 小结
  • 5.2 连续功能梯度压电圆筒
  • 5.2.1 解析求解
  • 5.2.2 特例
  • 5.2.3 小结
  • 5.3 两种模型的比较
  • 6 功能梯度压电圆筒动力分析
  • 6.1 基于薄膜理论的解
  • 6.2 基于薄壳理论的解
  • 6.3 数值计算与比较
  • 6.4 小结
  • 7 2-2型水泥基压电机敏器件的动力分析
  • 7.1 2-2型水泥基压电机敏器件分析模型
  • 7.2 动力分析
  • 7.2.1 模型一:传感器
  • 7.2.2 模型二:制动器
  • 7.3 小结
  • 8 结论及展望
  • 参考文献
  • 作者简历
  • 相关论文文献

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