微型压电层合板结构的振动特性研究

从经典薄板理论出发,基于应变梯度理论,综合考虑尺寸效应和压电效应的影响,利用哈密顿原理建立了微型压电层合板结构的动力学模型及其边界条件.在选取符合其边界条件的模态函数后,利用Ritz法分别研究四边简支和悬臂条件下的微型压电层合板的振动特性,求解了前五阶固有频率并绘制了3D模态图.分析了微尺度带来的尺寸效应对于固有频率的影响,最后研究了外加电压对于系统固有频率的影响.     

复合材料层合板非线性热振动分析

采用有限元方法研究复合材料层合板结构在线性温度场作用下非线性热振动特性．采用特征值屈曲分析方法,判断了结构在线性温度场作用下的临界屈曲分歧点,计算了结构的一阶弯曲固有频率,分析了铺层角度及铺层层数对结构临界屈曲温度分布和结构固有频率的影响,总结了其对复合材料层合板结构热振动特性影响的一般规律．这些结论对复合材料结构设计、抗热设计有一定的指导意义．     

轴向可伸缩悬臂复合材料层合板的建模及数值分析

论文研究了受面内激励和三阶气动力联合所用下的可伸缩悬臂复合材料层合板的非线性振动问题.根据经典层合板理论和Hamilton原理建立可伸缩悬臂复合材料层合板在匀速轴向外伸和回收过程中的非线性动力学偏微分方程,然后采用Galerkin方法将偏微分方程离散成带有时变系数的常微分方程,通过数值方法得到频率变化图、时间历程图和相图,讨论轴向移动速度、宽厚比和长宽比对可伸缩悬臂复合材料层合板的动力学特性的影响.结果表明,可伸缩悬臂板匀速外伸时,轴向速度越大可能越易振幅发散,回收过程未发现振幅发散现象.     

层合板固有频率分析的B样条小波元法

结合弹性材料修正后的H—R变分原理和区间B样条小波函数,建立Hamilton正则方程的区间B样条小波元列式．首先简要地介绍了弹性材料修正后的H—R变分原理,然后将区间B样条小波的尺度函数作为基函数,详细地推导了Hamilton正则方程的区间B样条小波元列式．数值算例验证了B样条小波元列式的正确性．     

PVDF压电薄膜制作传感器的理论研究

用PVDF压电薄膜设计传感器是近年来在传感器领域研究的一个新热点,通过对PVDF压电薄膜的压电性能的分析,根据弹性力学的薄板理论和压电效应的物态方程,导出PVDF压电薄膜的传感方程,并对偏转角口的情况进行了讨论;为用PVDF压电薄膜制作传感器提供理论基础。     

基于APDL的层合板破坏过程分析

为研究层合板的破坏过程,用APDL编程,自定义复合材料的单元破坏判据,分析[90°/±45°/0°],铺排方式的层合板破坏过程.建立层合板宏观和微观的ANSYS模型,分析对比其破坏应力.结果表明:宏观模型破坏应力与微观模型破坏应力略有差别,但微观模型能更直观地给出层合板破坏的动态过程.APDL编程方法可拓展ANSYS有...     

复合材料层合板的双Hopf分叉分析

利用高维非线性系统的Hopf分叉定理,研究复合材料层合板的双Hopf分叉.研究了一类受面内激励和横向外激励联合作用下的复合材料层合板在主参数共振—1∶1内共振情况下的双Hopf分叉.首先利用多尺度法得到系统的平均方程,经过简化得到了系统的分叉响应方程.根据对分叉响应方程的分析,得到了系统平衡解的稳定性临界曲线,并给出了系统产生双Hopf分叉的条件.利用数值方法得到系统在参数平面上的分叉集,通过对不同分叉区域的分析,我们发现随着参数的变化复合材料层合板存在不同的周期运动现象.     

压电发电悬臂梁的非线性动力学建模及响应分析

以单晶悬臂梁压电发电装置为研究对象,在考虑压电材料非线性的情况下,利用广义Hamilton原理、Rayleigh-Ritz法、Euler-Bernoulli梁理论及压电元件恒定电场假设建立了悬臂梁压电发电装置的分布式机电耦合模型,通过数值计算分析谐振频率附近解的特性与系统参数及初始条件的关系,揭示了压电材料非线性、外激励参数对系统响应的影响规律,并通过实验验证了解析解的正确性.结果表明,压电材料的非线性特性会导致近似解的共振峰向左偏移,呈现软特性的非线性特征;当激励频率变化时,系统响应存在多解、跳跃等现象,主共振解的真正实现与初始条件的选取有关.     

压电加速度计在不同安装方式下的响应分析

在固体火箭发动机力学试验中,不同的安装方式会对压电加速度计的响应产生影响,从而会影响最终的实验结果。通过建立力学理论模型,分析得出压电加速度计的安装谐振频率与加速度计和试件间的连接刚度成正比关系。通过设立多组对比实验,比较不同安装方式下的压电加速度计灵敏度幅值、相对偏差随频率和加速度的变化关系,得出不同安装方式下压电加速度计的适用范围。502胶水的安装方式可以同时满足精度要求很高、试验时间较长、试验频率范围广的要求,而胶木座、磁座、磁座+502、双面胶的安装方式均有不同的使用限制。同时,通过对比180°同轴安装和直接安装时的压电加速度计安装传递系数随频率的变化关系,进一步验证直接安装可以避免多级传递带来的偏差。     

气压扰动下介电弹性体球膜的随机响应分析

研究随机扰动的压力和恒常电压联合作用下的介电弹性体球膜,发展随机响应的分析方法并总结其规律,为计及介电弹性体的应变强化现象,其力学性能由Gent应变能模型描述,压力扰动近似为高斯白噪声.引入能量相关变换并应用随机平均法导出了关于系统总能量稳态概率密度的简化Fokker-Planck-Kolmogorov方程,并解析得到方程的解,从而得到球膜伸长比及其变化率的稳态概率密度,进而得到伸长比的各阶统计量.研究针对两种典型情形进行,即球膜在伸长比为1附近的振动及球膜在材料拉伸极限附近的振动.详细讨论了激励强度、材料参数及常电压值对伸长比统计量的影响,特别强调了不同的材料参数和常电压值引起的不同振动模式.蒙特卡洛模拟证实了分析结果的有效性和精度.     

复合材料悬臂外伸板的非线性动力学建模及数值研究

研究了横向气动载荷和参数激励联合作用下复合材料悬臂外伸矩形板在伸出过程中的非线性动力学问题.根据Reddy的高阶剪切层合板理论,应用Hamilton原理建立了外伸板在横向气动力和参数激励作用下的非线性动力学方程,其中横向气动力采用一阶活塞气动力.然后应用Galerkin方法对系统偏微分形式的非线性方程进行离散,得到了一组时变系数的非线性动力学方程.在此方程的基础上,对复合材料悬臂外伸板进行了数值模拟分析,讨论了外伸速度对悬臂外伸板非线性动力学特性的影响.     

采用MFC压电作动器对复合材料悬臂板振动主动控制

针对复合材料层合悬臂板,在其上表面铺设压电纤维复合材料MFC作为作动器,同时在下表面对称铺设压电薄膜(PVDF)作为传感器,应用速度反馈控制方法研究其主动振动控制.运用Hamilton原理和假设模态法推导含多个MFC作动器的复合材料层合板的力电耦合结构运动方程,其中考虑了MFC作动器作为悬臂板附加质量及刚度的影响.基于模态控制力/力矩最大化的原则,将多对MFC作动器/PVDF传感器铺设在层合悬臂板前几个低阶模态应变最大的区域,通过算例得出结构受控前后的时域和频域响应以及各MFC作动器所需的控制电压曲线.讨论复合材料层合板纤维铺设角度不同情况下,作动器MFC铺设位置及压电纤维铺设方向的相应变化.     

基于整体-局部高阶剪切理论的层合板多体系统的动静力学分析

基于高阶剪切理论,推导了整体-局部1,2-3高阶位移模式.在满足层间位移连续,层间剪应力连续,以及上下表面自由的条件下,层合板每个节点的独立变量变为13,并且不随层合板层数的增加而变化.在此基础上将整体-局部1,2-3高阶位移模式推广到刚-柔耦合层合板多体系统,利用混合坐标法,基于虚功原理,建立了考虑层合板层间应力连续的多体系统动力学方程.通过静力学算例,验证了整体-局部1,2-3高阶位移模式的准确性,得到了层合板层间应力沿着厚度的分布情况.通过多体系统动力学算例,对比了传统方法的计算结果,揭示了本文方法与传统方法在计算层合板多体系统中层间应力的差异,说明了刚-柔耦合层合板多体系统考虑层间剪应力连续的必要性.     

Nonlinear dynamics of angle-ply composite laminated thin plate with third-order shear deformation

An asymptotic perturbation method is presented based on the Fourier expansion and temporal rescaling to investigate the nonlinear oscillations and chaotic dynamics of a simply supported angle-ply composite laminated rectangular thin plate with parametric and external excitations.According to the Reddy's third-order plate theory,the governing equations of motion for the angle-ply composite laminated rectangular thin plate are derived by using the Hamilton's principle.Then,the Galerkin procedure is applied to...     

Multi-pulse orbits dynamics of composite laminated piezoelectric rectangular plate

The multi-pulse orbits and chaotic dynamics of a simply supported laminated composite piezoelectric rectangular plate under combined parametric excitation and transverse excitation are studied in detail. It is assumed that different layers are perfectly bonded to each other with piezoelectric actuator patches embedded. The nonlinear equations of motion for the laminated composite piezoelectric rectangular plate are derived from von Karman-type equation and third-order shear deformation plate theory of Reddy...     

正交各向异性叠层板的非线性主共振分析

研究了在四边简支的边界条件下,正交各向异性矩形叠层板在横向简谐激励作用下的非线性主共振及其稳定性问题．在给出了正交各向异性叠层板的振动微分方程的基础上,利用伽辽金法导出了相应的达芬型非线性强迫振动方程．应用平均法对主共振问题进行求解,得到了系统在稳态运动下的幅频响应方程．基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了解的稳定性判定条件．作为算例,分别给出了不同条件下,系统运动的幅频响应曲线图、振幅-激励幅值响应曲线图和动相平面图,并对解的稳定性进行了分析,讨论了各参数对系统非线性振动特性的影响．