梯度功能压电复合材料球壳的热弹性近似解

针对梯度功能压电复合材料球壳热弹性响应提出了简单而精确的近似解。借鉴纤维复合材料层合结构的研究方法，将梯度功能压电复合材料球壳沿径向分为若干层，各层视为均匀材料，从而导出力-电-温度多场耦合近似解。只要层数足够大，解将收敛于精确解。该方法的另一个优点在于解的方法对材料性能的变化方式（函数）没有要求，具有普适性。这对其它非均匀材料结构的分析具有推广、应用价值。     

基于高阶剪切理论的脱层压电梁谐响应分析

基于Timoshenko梁理论,对位移函数进行了高阶剪切变形模式假设,考虑剪切变形和力电耦合效应,并对压电弹性层合脱层梁进行了分区处理,可方便地描述脱层长度和脱层位置,建立了弯曲波在梁中传播的基本方程式;通过长波情况下的电势分布简化,考虑无外加电压时,对该类悬臂梁进行了求解分析。给出了梁的频散关系,得到了各位移分量和电势的解析解,分析了脱层参数对位移和电势的影响规律。     

基于三阶剪切变形理论的压电功能梯度板静力学等几何分析

针对压电功能梯度板的静力学问题,建立了一种基于三阶剪切变形理论的等几何分析求解方法.其中,定义功能梯度板的材料属性为板厚方向的幂函数分布,并假设压电功能梯度板中的机械位移场与电势场相互独立.利用压电材料的第二类本构方程以及哈密顿变分原理,推导出压电功能梯度板的相关等几何有限元方程.在压电功能梯度板的自由振动分析中,研究...     

PZT系梯度功能压电驱动器的谐响应特性

研究了PZT系梯度功能压电驱动器谐振状态的机电响应特性，通过改变驱动电场和频率，研究其谐振频率和顶端位移的变化特性。结果表明：增加电场，谐振频率减小，谐振点位移增大，并逐渐趋向饱和。在谐振点附近，悬臂梁弯曲位移达到最大值。     

间隙波在功能梯度压电板和压电半空间结构中的传播

研究了间隙波在功能梯度压电板和压电半空间结构中的传播性质.功能梯度压电板的材料性能沿x2方向呈指数变化,首先推导了间隙波传播时的解析解,利用界面条件得到了间隙波的频散方程,基于推导的频散方程,结合数值算例分析了功能梯度压电材料的梯度、压电层厚度以及材料性能对间隙波相速度的影响,研究结果对功能梯度压电材料的覆层结构在声波器件中的应用具有重要的参考价值.     

压电元件驱动的功能梯度弹性薄板的屈曲

考虑功能梯度薄板,其上下表面嵌有压电执行元件.根据逆压电效应将电压转换成作用于板上的等效电载荷.假设梯度材料的弹性参数为板厚度方向坐标的幂函数,基于经典板理论,导出了功能梯度弹性薄板小挠度屈曲平衡微分方程.利用双三角级数展开法,得到了四边简支具有压电元件的功能梯度矩形板的临界屈曲载荷,在此基础上通过数值例子讨论了弹性板的几何尺寸、材料梯度指数的变化对临界电压(载荷)的影响.研究结果表明,材料的梯度指数对临界电压有重要影响,并且通过调整作用于执行元件上的电压的大小和方向,可实现对结构稳定性的有效控制.     

PNN／PZT系梯度功能压电陶瓷离子互扩散动力学

研究了ＰＮＮ／ＰＺＴ系梯度功能压电材料中各类离子互扩散反应及其随温度和时间的变化。用电子探针测量了互扩散偶的组分分布，利用“薄板叠加”扩散模型，对Ｎｉ＾２＋、Ｎｂ＾５＋，Ｔｉ＾４＋和Ｚｒ＾４＋的扩散浓度分布曲线进行数值逼近计算，确定了互扩散层的厚度，估算了各离子的扩散系数及其表现激活能。     

具有压电元件的功能梯度弹性薄板的振动特性

考虑一功能梯度薄板,其上下表面嵌有压电执行元件。根据逆压电效应,将电场强度转换成作用于板上的等效电载荷。假设梯度材料的物性参数为板厚度方向坐标的幂函数,应用达朗贝尔原理,导出了具有压电元件的功能梯度弹性薄板的动力学方程。采用变量分离与Navier解,得到四边简支功能梯度板的固有特性与电场强度间的关系。并进一步通过数值例子讨论了电场强度、材料的梯度指数等对板固有特性的影响。研究结果表明,调整作用于执行元件上的电场强度可以实现对板的振动特性的控制,而材料的梯度化可影响板的固有频率,在设计中应予以考虑。     

梯度功能压电悬臂梁的几个解析解

研究了密度梯度功能压电悬臂梁在轴向和横向均布荷载以及外加直流电压分别作用下的解析解。首先求得了悬臂梁在体积力呈非线性变化时相应问题的应力函数φ和电位移函数Ψ,进而求得梁中弹性场和电场的解析解。作为特例,同时还得到了常体力和无体力情况下悬臂梁的解答,并进行了讨论。     

含压电片复合材料层合板的高阶计算模型

给出了一种分析含任意内埋压电片复合材料层合板的高阶耦合模型, 板的位移场采用三阶剪切理论, 并提出了压电片中电势场在厚度方向的三次分布模式, 可以更精确地描述力、电耦合作用下电场的非均匀分布。在平面应力的假设下给出了简化的压电材料本构方程, 推导了基于该模型的压电层合板有限元计算公式, 并对双压电片梁的弯曲和层合板的变形控制进行了计算, 压电梁的弯曲计算结果与解析结果吻合良好, 表明本文的模型和公式是精确有效的。     

功能梯度扁球壳在热-机械荷载作用下的屈曲分析

基于经典壳理论,应用虚功原理和变分法推导了均匀变温场中的功能梯度圆底扁球壳在均布外侧压力作用下的位移型几何非线性控制方程。考虑固定夹紧边界条件,运用打靶法计算获得了球壳轴对称变形的数值结果。考察了材料体积分数指数、组分材料弹性模量和均匀变温场对壳体平衡路径,上、下临界荷载以及平衡构型的影响。数值结果表明,随材料体积分数指数的增加和组分材料弹性模量的减小,壳体上、下临界荷载均会显著减小。均匀升温,会使壳体上临界荷载显著增加,下临界荷载轻微减小。为方便工程设计人员进行几何、材料、荷载和变温参数的选取,给出了一个实用数表和一些实用的数值曲线。     

功能梯度压电双材料板中厚度-扭曲波的传播

分析了厚度-扭曲波在无限大功能梯度压电双材料板中的传播性能,板的上表面和下表面是机械自由和电学开路的,材料常数在厚度方向按指数规律变化。首先推导了满足控制方程和边界条件的电弹场,然后利用界面条件得到了厚度-扭曲波传播所应满足的关系。通过算例表明了材料梯度变化对厚度-扭曲波传播性能的影响,结果对功能梯度压电材料在声波器件中应用有参考价值。     

功能梯度曲梁弯曲问题的解析解

该文采用弹性力学逆解法,求得了功能梯度曲梁在端部受弯矩作用的解析解。假设弹性模量E=E₀rⁿ沿径向呈幂函数的梯度分布。根据弹性力学平面问题的基本方程,在极坐标系下,引入应力函数,得到了弯曲问题的解析解。进而将功能梯度曲梁问题进行扩展,求得了整环或厚壁圆筒以及向错问题的解析解。将所得到的解退化到均匀弹性情况,与经典的理论解一致。最后对梯度函数按幂函数变化的算例进行了分析,结果显示梯度因子n对应力及位移的分布产生了巨大的影响。该文所得到的结论可以作为功能梯度曲梁构件优化设计的理论基础。     

功能梯度压电压磁球对称问题的静力响应

研究径向载荷作用下功能梯度压电压磁空心球壳的空间球对称电磁弹耦合静力学问题。假设压电压磁空心球壳的材料参数沿球厚度方向呈幂函数分布, 在球坐标系下, 由材料的参数方程、本构方程、几何方程和平衡方程导出在外激励作用下空心球壳体的应力、电势、磁势等物理量的解析解。结构内表面材料设为常用BaTiO₃-CoFeO₄复合材料, 分别对球壳内表面受力以及内外表面存在电势差或磁势差的情况进行数值讨论, 分别给出不同梯度参数下结构内部径向应力、环向应力、电势和磁势的分布。结果表明梯度参数的选取对功能梯度压电压磁球壳的性能有很大的影响。     

在反平面变形下功能梯度压电板条的应力强度因子分析

利用Fourier变换技术将混合边值问题化为对偶积分方程,求解对偶积分方程得到应力强度因子以及电位移强度因子的表达式。最后通过数值计算讨论了材料参数、载荷条件以及裂纹的几何参数等对功能梯度压电材料中裂纹尖端应力强度因子的影响。     

基于Haar小波方法的功能梯度压电材料矩形板三维力学分析

针对任意材料梯度分布形式的四边简支、接地功能梯度压电材料平板,把Haar小波方法引入平板结构的三维分析中。由于小波方法在求解存在局部奇异性问题上的优越性,对于任意材料梯度变化,甚至材料性质存在局部剧烈变化的情况,各分量的Haar小波级数解都有较好的收敛性。通过算例,该文分析了在机械荷载、电荷载分别作用下,材料不同梯度形式、平板上下表面材料性质差异对功能梯度压电平板结构响应的影响。     

一阶剪切理论下功能梯度梁与均匀梁静态解之间的相似关系

基于一阶剪切理论,研究了功能梯度材料Timoshenko 梁的静态弯曲解与对应的均匀材料梁的解的线性转换关系。通过比较功能梯度材料梁和均匀材料梁的无量纲控制方程,发现了它们弯曲解的线性相关性。在给定材料弹性模量沿横向非均匀变化规律后,可将功能梯度材料Timoshenko 梁在静载荷作用下的弯曲变形解用相同尺寸、相同载荷以及相同边界条件下的均匀材料Timoshenko 梁的弯曲变形解线性表示。这样,可将非均匀Timoshenko 梁弯曲问题的求解转化为对应的均匀材料Timoshenko 梁弯曲问题的求解和转换系数的计算,从而使得求解过程得以简化。     

功能梯度材料的断裂与屈曲驱动断裂的简化分析

作为一类先进的复合材料,功能梯度材料(FGM)能综合利用多种材料的物理性能,同时材料性质的连续变化也使其具有许多优越的力学性能。本文对功能梯度材料中平行于界面的裂纹的断裂参数进行了计算,并分析了梯度变化的薄膜在压应力作用下的屈曲驱动扩展。研究结果表明:功能梯度材料能有效地减小界面中的应力集中及它对材料中缺陷的作用,从而不同程度地提高了材料的强度和韧性。     

含任意方向裂纹功能梯度材料的应力分析研究

功能梯度材料是在航空航天领域的需求背景下发展起来的,但由于生产技术及工作环境等方面的原因,功能梯度材料内部常常产生各种形式的裂纹并最终导致材料破坏,因此研究含任意方向裂纹功能梯度材料的断裂问题具有重要意义。以含有任意方向裂纹的功能梯度材料为对象,运用积分变换方法,给出了相应材料平面问题的位移场的形式解。通过引入辅助函数并利用相关条件,可将问题转化为求解一组带有Cauchy核的奇异积分方程,继而采用Lobatto-Chebyshev方法对奇异积分方程进行数值求解。最后分析了裂纹方向、材料非均匀指数、载荷条件对混合型应力强度因子的影响。      

功能梯度矩形板的强非线性共振分析

针对陶瓷-金属功能梯度矩形板,在给出非均匀材料应力-应变关系及非线性几何方程的基础上,应用虚功原理导出了横向简谐激励力作用下功能梯度板的非线性振动偏微分方程。对于四边简支约束功能梯度矩形板,通过位移函数的设定,利用伽辽金积分法推得了关于时间自变量的达芬型强非线性振动方程。针对强非线性系统的主共振问题,应用改进的多尺度法进行解析求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程。通过数值算例,给出了功能梯度矩形板共振下的幅频曲线图和相图,讨论了激励幅值及频率等参数对系统非线性振动特性的影响,并对改进多尺度法和经典多尺度法的结果进行了比较。