含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法 被引量：6

1

作者 孟广伟 王晖 +2 位作者 周立明 李锋 李霄琳 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期4015-4020,共6页

为提高含孔功能梯度压电材料板的计算精度,基于变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、边界条件等,推导出功能梯度压电材料的无网格方程,提出含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法。求解含孔功能梯度压电材料板... 为提高含孔功能梯度压电材料板的计算精度,基于变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、边界条件等,推导出功能梯度压电材料的无网格方程,提出含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法。求解含孔功能梯度压电材料板的力学问题,研究孔边环向应力分布及力电集中问题,讨论材料参数按某一方向呈指数函数梯度变化时功能梯度压电材料的力学响应,与ANSYS计算结果进行比较,数值算例结果表明本方法正确可行且具有较高的精度,可求解任意梯度函数的功能梯度压电材料问题。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 无网格伽辽金法 力电耦合

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功能梯度压电材料圆板的简化理论与解析解 被引量：4

2

作者 李尧臣 亓峰 仲政 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期636-645,共10页

提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解.引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板的周边固定或简支同时又接地情况... 提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解.引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板的周边固定或简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier-Bessel级数表示的电势解.这个解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷.该文给出了板的周边固定、接地情况下的计算结果并进行了讨论,对于理论和方法的正确性作了验证. 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 轴对称 圆板 简化理论 解析解

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功能梯度压电材料层状结构中的SH波 被引量：5

3

作者 杜建科 叶定友 《固体火箭技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期133-136,141,共5页

基于线性压电弹性理论,利用传递矩阵法,分析了功能梯度压电材料层状结构中的SH波传播特性,研究了压电梯度覆盖层中初始应力对SH波传播的影响。压电覆盖层的材料性能如弹性、压电、介电系数和密度沿厚度方向呈梯度变化。数值分析结果表明... 基于线性压电弹性理论,利用传递矩阵法,分析了功能梯度压电材料层状结构中的SH波传播特性,研究了压电梯度覆盖层中初始应力对SH波传播的影响。压电覆盖层的材料性能如弹性、压电、介电系数和密度沿厚度方向呈梯度变化。数值分析结果表明,适当的材料梯度分布,可使SH波倾向于沿覆盖层表面传播,由此能够获得更好的机电耦合性能;同时,初始应力使得波传播的相速度减小,但增大了机电耦合系数。文中的分析方法和结论,对固体火箭发动机超声探伤及其压电类传感器的研制和选择有一定的参考意义。 展开更多

关键词 SH波 功能梯度压电材料 传递矩阵 初始应力 机电耦合系数

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含缺陷功能梯度压电材料的动态断裂行为分析 被引量：1

4

作者 安妮 宋天舒 赵明 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第7期126-134,共9页

与传统的压电材料相比,功能梯度压电材料(functionally graded piezoelectric material,FGPM)具有力学性质(如压电常数、介电常数、弹性模量、密度等)沿某一方向连续变化的特点,从而可以避免应力集中,有效延长所构成元器件的使用寿命。... 与传统的压电材料相比,功能梯度压电材料(functionally graded piezoelectric material,FGPM)具有力学性质(如压电常数、介电常数、弹性模量、密度等)沿某一方向连续变化的特点,从而可以避免应力集中,有效延长所构成元器件的使用寿命。在实际工程中,材料中的界面结构常常含有裂纹、空穴等多种形式的缺陷,在外载荷作用下缺陷附近的区域易发生应力集中甚至断裂。目前,对于功能梯度压电材料断裂问题的研究仅限于单一形式的缺陷,即在材料界面处仅存在空穴或仅存在裂纹,对于复合型缺陷的研究还很少。针对反平面剪切波作用下的含孔边激发界面裂纹缺陷的双相FGPM,提出一种分析其裂尖场动应力集中问题的计算方法。通过采用Green函数法、坐标变换法、裂纹“切割”与“契合”技术构建力学模型,将裂纹问题转化为第一类Fredholm型积分方程的求解,从而得到动应力强度因子(dynamic stress intensity factor,DSIF)的理论表达式。最后,给出数值算例,分析了缺陷的几何形状、入射波特性以及材料的非均匀性等因素对DSIF的影响,结果的正确性则通过与Griffith裂纹模型对比来验证。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料(FGPM) 界面裂纹 空洞 GREEN函数 反平面剪切波 动应力强度因子(DSIF)

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计算功能梯度压电材料能量释放率的修正J积分法

5

作者 汪伟 陈建 刘正兴 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期805-809,共5页

功能梯度压电材料的非均匀材料特性将导致标准J积分失去与路径无关的特性.为此,提出了修正J积分来计算裂纹尖端的能量释放率,该修正J积分在功能梯度压电材料中具有与积分路径无关的性质.以功能梯度压电板的平面问题为例,给出了一些数值... 功能梯度压电材料的非均匀材料特性将导致标准J积分失去与路径无关的特性.为此,提出了修正J积分来计算裂纹尖端的能量释放率,该修正J积分在功能梯度压电材料中具有与积分路径无关的性质.以功能梯度压电板的平面问题为例,给出了一些数值算例以说明修正J积分在计算功能梯度压电材料能量释放率方面的优越性. 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 J积分 路径无关性 面积分

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弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动分析 被引量：1

6

作者 刘文光 庞磊 +2 位作者 吕志鹏 刘超 张宇航 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期411-421,共11页

旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型;然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析... 旨在研究热-力-电载荷下弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳的自由振动。首先,建立弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳动力学模型;然后,应用三阶剪切变形壳体理论和修正的偶应力理论,推出弹性支撑功能梯度压电多孔微圆柱壳模态频率的解析解;最后,通过数值算例分析了微圆柱壳模态频率的影响因素。结果表明:Pasternak弹性支撑比Winkler弹性支撑更有利于提高微圆柱壳的模态频率;改变弹性支撑的刚度系数、轴向力、外加电压、孔隙分布、材料体积分数指数和结构尺寸可调节微圆柱壳的模态频率;孔隙体积分数越大,温度或轴向力对模态频率的影响越大,而电压对模态频率的影响则越小;不同材料指数下,增大孔隙体积分数对模态频率的影响趋势不同;弹性支撑会减弱温度、轴向力和电压对模态频率的影响,对薄圆柱壳或短圆柱壳模态频率的影响较为显著。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 弹性支撑 孔隙 修正的偶应力理论 高阶剪切变形理论

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功能梯度压电界面层在球形压头作用下的接触问题

7

作者 臧炜煜 刘铁军 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1175-1185,共11页

材料参数的不连续变化是导致界面处裂纹萌生和分层现象的重要原因。将材料参数连续变化的功能梯度压电材料用作界面层是抑制界面处裂纹萌生和分层的重要方法。主要研究了压电涂层-功能梯度压电界面层-压电基底结构在刚性绝缘球形压头作... 材料参数的不连续变化是导致界面处裂纹萌生和分层现象的重要原因。将材料参数连续变化的功能梯度压电材料用作界面层是抑制界面处裂纹萌生和分层的重要方法。主要研究了压电涂层-功能梯度压电界面层-压电基底结构在刚性绝缘球形压头作用下的轴对称无摩擦接触问题。首先,假设涂层和基底为均匀压电材料,建立材料参数沿厚度方向按照指数函数形式变化的功能梯度压电界面层的接触力学分析模型;其次,利用Hankel积分变换方法,将刚性球形压头作用下压电涂层-功能梯度压电界面层-压电基底结构的轴对称无摩擦接触问题转化为奇异积分方程并求解;最后,得到材料非均匀参数对涂层、梯度压电界面层、基底结构内部及界面处的力电响应的影响。研究结果表明:功能梯度压电材料作为界面层连接压电涂层和基底时,可以消除界面处的材料参数不连续导致的界面应力不连续;梯度压电材料参数的变化对界面层的应力与电位移分量有显著影响。 展开更多

关键词 接触 奇异积分方程 功能梯度压电材料 界面层 力电响应

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功能梯度压电压磁材料中断裂问题分析 被引量：24

8

作者 孙建亮 周振功 王彪 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期9-14,共6页

分析了功能梯度压电/压磁材料中裂纹在反平面剪切载荷下的断裂问题．为了便于分析，假设材料性质沿着裂纹的法线方向呈指数变化．利用 Fourier 变换，问题可以转化为对未知数是裂纹表面张开位移的一对对偶积分方程的求解，此对偶积分方... 分析了功能梯度压电/压磁材料中裂纹在反平面剪切载荷下的断裂问题．为了便于分析，假设材料性质沿着裂纹的法线方向呈指数变化．利用 Fourier 变换，问题可以转化为对未知数是裂纹表面张开位移的一对对偶积分方程的求解，此对偶积分方程采用 Schmidt 方法求解．最后分析了裂纹长度及表征功能梯度材料的参数βl 对应力，电位移和磁通量强度因子的影响． 展开更多

关键词 裂纹 功能梯度压电/压磁材料 Schmidt方法 对偶积分方程 断裂力学

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功能梯度压电压磁材料中裂纹对SH波的散射 被引量：3

9

作者 杨娟 李星 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期279-283,共5页

研究无限大功能梯度压电/压磁复合材料中裂纹对SH波的散射问题。为了便于分析,假设材料性质沿着裂纹的法线方向是指数变化。利用Fourier余弦变化,将问题转化为对偶积分方程的求解,此对偶积分方程采用Copson方法求解。然后求得应力强度... 研究无限大功能梯度压电/压磁复合材料中裂纹对SH波的散射问题。为了便于分析,假设材料性质沿着裂纹的法线方向是指数变化。利用Fourier余弦变化,将问题转化为对偶积分方程的求解,此对偶积分方程采用Copson方法求解。然后求得应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子的解析表达式,最后数值算例给出了材料参数、入射角及波数对标准动应力强度因子的影响。 展开更多

关键词 SH波 功能梯度压电/压磁材料 裂纹 对偶积分方程 强度因子

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基于非均匀光滑有限元法的功能梯度压电梁自由振动分析 被引量：3

10

作者 蔡斌 周立明 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期48-53,共6页

为了提高求解功能梯度压电材料动响应的精度,克服有限元系统刚度偏硬的缺点,提出非均匀Cell-based光滑有限元法。基于单元的梯度光滑操作,考虑材料物性沿宽度方向呈梯度连续变化,推导非均匀Cell-based光滑有限元法的基本公式,分析功能... 为了提高求解功能梯度压电材料动响应的精度,克服有限元系统刚度偏硬的缺点,提出非均匀Cell-based光滑有限元法。基于单元的梯度光滑操作,考虑材料物性沿宽度方向呈梯度连续变化,推导非均匀Cell-based光滑有限元法的基本公式,分析功能梯度压电悬臂梁的材料物性参数遵循不同梯度分布规律时结构自由振动的固有频率与振型,并与FEM求解结果进行对比。研究结果表明:光滑梯度操作可降低有限元系统的刚度,非均匀Cell-based光滑有限元法的数值解更加接近真实解,从而可为功能梯度压电材料的进一步应用提供参考。 展开更多

关键词 非均匀光滑有限元法 功能梯度压电材料 自由振动 梯度光滑技术

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基于非均匀光滑有限元法的含圆孔功能梯度压电板应力和电场集中因子分析 被引量：2

11

作者 蔡斌 周立明 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1080-1086,共7页

为提高含圆孔功能梯度压电板应力和电场集中因子的求解精度,提出含圆孔功能梯度压电板的力电耦合非均匀基于单元的光滑有限元法。采用高斯点处的真实材料属性进行计算,分析材料属性按某一方向呈指数函数梯度变化时含孔功能梯度压电板应... 为提高含圆孔功能梯度压电板应力和电场集中因子的求解精度,提出含圆孔功能梯度压电板的力电耦合非均匀基于单元的光滑有限元法。采用高斯点处的真实材料属性进行计算,分析材料属性按某一方向呈指数函数梯度变化时含孔功能梯度压电板应力和电场集中因子,并与非均匀有限元求解结果进行对比。研究结果表明:该方法求解力电耦合作用下功能梯度压电板的应力集中因子和电场集中因子具有较高的精度。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 非均匀光滑有限元法 应力集中因子 电场集中因子

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功能梯度压电矩形板热机电耦合三维分析 被引量：1

12

作者 方诗圣 柳彬彬 王建国 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第3期407-411,共5页

文章对于四边简支功能梯度压电材料矩形板进行热机电耦合三维分析。直接从横观各项同性的压电材料的基本方程出发,通过引入2个位移函数和应力函数,导出了1个二阶的齐次状态方程和六阶的非其次状态方程;分析中采用层合近似模型,并且给出... 文章对于四边简支功能梯度压电材料矩形板进行热机电耦合三维分析。直接从横观各项同性的压电材料的基本方程出发,通过引入2个位移函数和应力函数,导出了1个二阶的齐次状态方程和六阶的非其次状态方程;分析中采用层合近似模型,并且给出了任意厚度的四边简支横观各项同性功能梯度矩形板,在热-机-电械耦合作用下的分析结果。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 状态变量法 矩形板

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哈密顿体系下功能梯度压电板／管静动力三维解 被引量：1

13

作者 代海涛 程伟 李明志 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期104-107,共4页

根据哈密顿原理建立了三维压电动力学耦合系统的哈密顿对偶体系,将经典的弹性力学一类变量问题转化为二类变量,并建立了哈密顿正则方程组.分别在不同坐标系下研究了功能梯度压电材料FGPM(Functionally Graded Piezoelectric Material)... 根据哈密顿原理建立了三维压电动力学耦合系统的哈密顿对偶体系,将经典的弹性力学一类变量问题转化为二类变量,并建立了哈密顿正则方程组.分别在不同坐标系下研究了功能梯度压电材料FGPM(Functionally Graded Piezoelectric Material)四边简支板及两端简支管的静动力学特性,通过辛算法进行了数值分析.结果表明,在哈密顿对偶体系中能够求解复杂FGPM结构机电耦合静动力学问题;在FGPM多层板/管结构中,面外变量在厚度方向连续分布,而面内变量在材料分界面处存在突变现象. 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 哈密顿体系 对偶体系

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具有固支边的功能梯度压电矩形板静力解

14

作者 方诗圣 王建国 谢枫 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第11期1837-1842,共6页

从三维弹性理论和压电学理论出发,通过假设满足边界条件的位移函数,推导出具有固支边的功能梯度压电板的状态方程,并运用状态变量法以及层间连续条件,在每一层端点处应用配点法,给出了满足周边和上、下表面所有边界条件的解析解。该文... 从三维弹性理论和压电学理论出发,通过假设满足边界条件的位移函数,推导出具有固支边的功能梯度压电板的状态方程,并运用状态变量法以及层间连续条件,在每一层端点处应用配点法,给出了满足周边和上、下表面所有边界条件的解析解。该文将状态变量法运用在具有固支边的功能梯度压电材料的静力问题上,给出了不同梯度分布压电板在具有固支边界条件下的静力解,讨论了梯度变化函数对挠度和应力场的影响,为功能梯度压电结构设计及材料优化提供一定参考依据。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 物性参数 状态变量法 边界位移函数 解析解

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无限长不同功能梯度压电有限层合板中裂纹对SH波的散射

15

作者 陆万顺 李星 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2011年第6期157-161,共5页

讨论无限长不同功能梯度压电有限层合板中裂纹对SH波的散射,在电渗透型边界条件情况下,将考虑的问题通过Fourier积分变换把混合边值问题的求解转化为对偶积分方程,然后利用Copson方法将得到的对偶积分方程转化为Fredholm积分方程再进行... 讨论无限长不同功能梯度压电有限层合板中裂纹对SH波的散射,在电渗透型边界条件情况下,将考虑的问题通过Fourier积分变换把混合边值问题的求解转化为对偶积分方程,然后利用Copson方法将得到的对偶积分方程转化为Fredholm积分方程再进行数值求解,得到裂纹尖端的应力强度因子.讨论材料梯度参数等因素对标准动应力强度因子的影响. 展开更多

关键词 对偶积分方程 功能梯度压电材料 强度因子 SH波

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功能梯度材料压板电荷载作用下的APDL有限元分析

16

作者 咸玉席 方诗圣 桑健权 《黑龙江科技信息》 2009年第7期46-46,199,共2页

利用有限元软件ANSYS10.0的耦合场分析功能,根据有限元理论对功能梯度压电结构的在荷载作用下的力学响应进行了分析。假设材料的力学和电学常数均沿板厚度Z方向按同一函数规律变化。利用有限元软件计算功能梯度压电板在电荷载作用下的... 利用有限元软件ANSYS10.0的耦合场分析功能,根据有限元理论对功能梯度压电结构的在荷载作用下的力学响应进行了分析。假设材料的力学和电学常数均沿板厚度Z方向按同一函数规律变化。利用有限元软件计算功能梯度压电板在电荷载作用下的电势与位移,并进行分析。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 有限元方程 ANSYS 耦合场

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功能梯度压电圆柱体的旋转分析及其应用——内压和热荷载作用下的力学传感器 被引量：1

17

作者 G.H.拉希米 M.阿勒菲 M.J.科霍斯勾弗塔 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2011年第8期934-945,共12页

对旋转的功能梯度压电(FGP)圆柱体,进行了精确的热弹性分析.圆柱体同时承受电、热和力学荷载的作用,这是一个旋转传感器或者调节器的简化模型.应用能量法得到系统的控制微分方程.为了正确地评估能量函数,引进了一个被称为"附加能量... 对旋转的功能梯度压电(FGP)圆柱体,进行了精确的热弹性分析.圆柱体同时承受电、热和力学荷载的作用,这是一个旋转传感器或者调节器的简化模型.应用能量法得到系统的控制微分方程.为了正确地评估能量函数,引进了一个被称为"附加能量"的新项.在两种边界条件下:自由旋转的圆柱体和受内压作用的圆柱体,求解所得到的控制方程.研究角速度对各个物理量沿半径分布的影响.所研究的结构也可以认为是,在压力及热荷载作用下,测量圆柱体角速度的一个传感器.结果表明,电势与角速度成正比例关系. 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 传感器 旋转圆柱体 角速度 压力 温度

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细观结构参数对功能梯度压电板的影响

18

作者 柳彬彬 方诗圣 《山西建筑》 2008年第5期14-15,共2页

假定功能梯度压电材料的物性参数沿着厚度方向,按照幂函数,e指数函数及正弦函数3种不同的梯度模型分布,采用层合模型并利用状态变量法对功能梯度压电板的应力场和挠度进行分析,并对数值结果进行了对比分析研究。

关键词 功能梯度压电材料 梯度模型 物性参数 状态变量法

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细观结构参数对功能梯度压电板的力场和挠度场的影响

19

作者 柳彬彬 方诗圣 《安徽建筑工业学院学报（自然科学版）》 2007年第6期80-84,共5页

假定功能梯度压电材料的物性参数沿着厚度方向,按照幂函数、e指数函数及正弦函数3种不同的梯度模型分布,从三维电弹性耦合的基本方程出发,采用层合模型并利用状态变量法对功能梯度压电板的应力场和挠度进行分析。分别考虑作用机械荷载... 假定功能梯度压电材料的物性参数沿着厚度方向,按照幂函数、e指数函数及正弦函数3种不同的梯度模型分布,从三维电弹性耦合的基本方程出发,采用层合模型并利用状态变量法对功能梯度压电板的应力场和挠度进行分析。分别考虑作用机械荷载和电荷载,并且在此基础上分析了不同的材料组份和几何尺寸对功能梯度压电材料的板得力场和挠度场的影响,并对数值结果进行了对比分析研究。为功能梯度压电结构设计及材料优化提供一定参考依据。 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 梯度模型 物性参数 状态变量法

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功能梯度矩形板的近似理论与解析解 被引量：7

20

作者 李尧臣 亓峰 仲政 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期670-681,共12页

提出了压电功能梯度矩形板在竖向载荷作用下的近似理论与解析解.引入了板理论的Kirchhoff假设、Reissner-Mindlin假设和提出的补充假设,并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板在周边简支同时又接地情况下中性层法线转角的解... 提出了压电功能梯度矩形板在竖向载荷作用下的近似理论与解析解.引入了板理论的Kirchhoff假设、Reissner-Mindlin假设和提出的补充假设,并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板在周边简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier级数表示的电势解.该解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷.计算结果与ANSYS软件用三维实体单元的有限元计算结果进行了比较,证实了该方法即使在厚板情况下仍然具有很高的精度. 展开更多

关键词 功能梯度压电材料 Kirchhoff假设 Reissner-Mindlin假设 近似理论 解析解

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