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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 被引量:7
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作者 刘涛 李朝东 +2 位作者 汪超 蒋雅芬 刘庆运 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第1期73-85,共13页
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... 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,研究了各类机械边界条件的等几何数值方法的收敛性及精度问题。并分析了开短、路状电学边界条件、功能梯度指数n、功能梯度层的宽厚比、压电层与功能梯度层的厚度比对其固有频率的影响。分析了机械载荷、电载荷以及机电耦合情况下,压电功能梯度板的静态弯曲行为,并利用位移反馈控制规律实现了压电功能梯度板的闭环变形控制。通过算例及相关文献对比,表明了本文求解方法的精确性和可靠性。 展开更多
关键词 等几何分析 压电功能梯度 三阶剪切变形理论 自由振动 静态弯曲
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热环境下压电功能梯度板的非线性等几何建模与主动控制研究 被引量:1
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作者 刘涛 张顺琦 刘庆运 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期38-50,共13页
压电材料的压电参数(应力、应变和介电参数)对温度均较敏感,且直接影响压电智能结构的工作性能。为更准确地探究热环境中上、下表面覆盖有压电层的功能梯度板的非线性力学行为和非线性主动控制问题,首先,在传统的线性压电本构方程中引... 压电材料的压电参数(应力、应变和介电参数)对温度均较敏感,且直接影响压电智能结构的工作性能。为更准确地探究热环境中上、下表面覆盖有压电层的功能梯度板的非线性力学行为和非线性主动控制问题,首先,在传统的线性压电本构方程中引入温度对压电参数的影响,基于一阶剪切变形理论(first-order shear deformation theory,FSDT)和Von Kármán理论建立压电功能梯度板(piezoelectric functionally graded plates,PFGPs)的非线性等几何分析(isogeometric analysis,IGA)模型,并通过相关算例验证该模型的正确性和有效性;其次,对多种载荷作用下板的自由振动和非线性静态弯曲响应进行分析;最后,利用位移-速度反馈控制方法研究板的非线性主动控制。研究结果表明,压电参数的温度相关性对PFGPs的自由振动、非线性静态弯曲响应以及非线性主动控制效果均有影响,且影响大小与压电层的厚度、梯度指数n和温度有关。 展开更多
关键词 压电参数 热环境 压电功能梯度(pfgps) 非线性等几何分析模型 非线性主动控制
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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
3
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 简化理论 解析解
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基于样条无网格法的厚/薄压电功能梯度板动力分析 被引量:3
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作者 李双蓓 吴海 莫春美 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第7期116-122,198,共8页
在将板的挠度和剪切应变作为场变量的基础上增加考虑面内位移,采用样条无网格法建立了热环境下厚/薄压电功能梯度板动力分析新的计算格式。考虑功能梯度材料的物性参数随温度改变以及温度变化引起的面内力,讨论了压电FGM板在不同边界约... 在将板的挠度和剪切应变作为场变量的基础上增加考虑面内位移,采用样条无网格法建立了热环境下厚/薄压电功能梯度板动力分析新的计算格式。考虑功能梯度材料的物性参数随温度改变以及温度变化引起的面内力,讨论了压电FGM板在不同边界约束下材料梯度指数变化时,面内位移及面内力对热环境下压电功能梯度板的动力特性和动力响应的影响。分析结果表明,新建立的模型对厚/薄压电功能梯度板动力分析具有通用性和有效性,没有剪切闭锁现象,且计算效率和计算精度较高。 展开更多
关键词 样条无网格法 厚/薄 压电功能梯度 面内位移 动力特性 动力响应
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带压电层功能梯度悬臂板非线性动力学分析 被引量:2
5
作者 郝育新 孙彦军 王建华 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2010年第3期19-24,共6页
分析了在热环境条件下受横向载荷作用的、带压电功能梯度材料悬臂板的非线性动力学问题。基于von Karman理论和Reddy一阶剪切变形理论,推导出了带压电功能梯度悬臂板的动力学方程。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,对离散后的方程... 分析了在热环境条件下受横向载荷作用的、带压电功能梯度材料悬臂板的非线性动力学问题。基于von Karman理论和Reddy一阶剪切变形理论,推导出了带压电功能梯度悬臂板的动力学方程。利用Galerkin法对偏微分方程进行离散,对离散后的方程进行数值模拟,分析中考虑了组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数、控制电压对系统非线性动力学行为的影响,结果表明正电压减小了板的振幅,负电压增大了板的振幅,而随着材料体积分数指数的增大,板的振幅也在变大。 展开更多
关键词 功能梯度材料 压电 悬臂 一阶剪切变形理论
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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
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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
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热环境下压电功能梯度微板振动特性研究
7
作者 范世杰 李凤莲 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2022年第1期6-13,共8页
温度对微板振动特性有很大的影响,微板在高温环境下的振动特性具有重要的研究意义。基于一种新型复合剪切变形理论,结合小变形位移—应变关系以及压电第二类本构方程,利用Hamilton原理,建立四边简支条件下压电功能梯度微板的动力学理论... 温度对微板振动特性有很大的影响,微板在高温环境下的振动特性具有重要的研究意义。基于一种新型复合剪切变形理论,结合小变形位移—应变关系以及压电第二类本构方程,利用Hamilton原理,建立四边简支条件下压电功能梯度微板的动力学理论模型,使用纳维法求解得到系统的固有频率。通过COMSOL有限元仿真软件模拟得到系统的固有频率,将得到的模拟结果与理论结果进行对比,从而验证了模型的正确性。在此基础上,分析了微板的芯层厚度、尺厚比、压电片厚度以及功能梯度指数对微板固有频率的影响。 展开更多
关键词 压电功能梯度 复合剪切变形 固有频率 修正偶应力理论
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微尺度平面正交各向异性功能梯度压电板的弯曲模型
8
作者 乔瑞 贺丹 《沈阳航空航天大学学报》 2018年第3期32-39,共8页
基于新修正偶应力理论提出了一种平面正交各向异性功能梯度压电微板的弯曲模型。与前人工作的不同之处在于,该模型中包含有两个材料尺度参数,分别考虑了两个正交方向上由尺度效应带来的对结构不同程度上的弯曲刚度和电势能的增强。假设... 基于新修正偶应力理论提出了一种平面正交各向异性功能梯度压电微板的弯曲模型。与前人工作的不同之处在于,该模型中包含有两个材料尺度参数,分别考虑了两个正交方向上由尺度效应带来的对结构不同程度上的弯曲刚度和电势能的增强。假设功能梯度压电微板的材料属性在厚度方向上沿幂律形式变化。基于虚功原理推导了平衡微分方程以及对应的边界条件,给出了受双向正弦载荷下四边简支的功能梯度压电方板静力弯曲问题的纳维解析解。算例结果表明:本文模型可以反映尺度效应对微尺度结构的力学、电学性能的影响。具体表现为,由尺度效应带来的结构弯曲刚度和电势能的增强会随着材料尺度参数与板的厚度接近时显著,而随着板厚度逐渐大于材料尺度参数,尺度效应减弱并且最终消失。 展开更多
关键词 修正偶应力理论 功能梯度 压电 尺度效应 材料尺度参数
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含压电结构的FGM悬臂板非线性动力学分析
9
作者 王颖 王建华 +1 位作者 郝育新 董璐 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 2011年第6期47-51,共5页
针对含压电层功能梯度材料(FGM)悬臂板的非线性动力学问题,提出了基于von-Karman理论和Reddy三阶剪切变形理论的FGM板动力学方程,建立了以表面覆盖(P/FGM/P)和埋置压电层(FGM/P/FGM)的FGM板模型,利用Galerkin法对偏微分方程组进行离散,... 针对含压电层功能梯度材料(FGM)悬臂板的非线性动力学问题,提出了基于von-Karman理论和Reddy三阶剪切变形理论的FGM板动力学方程,建立了以表面覆盖(P/FGM/P)和埋置压电层(FGM/P/FGM)的FGM板模型,利用Galerkin法对偏微分方程组进行离散,通过Runge-kutta算法求解方程组并对系统进行数值分析,得出控制电压和压电层铺设方式对系统非线性动力学行为有很大的影响,板的横向振幅随着正电压的升高而减小,随着负电压的增大则增大,另外控制电压对P/FGM/P混合板振动的影响更为显著。 展开更多
关键词 功能梯度材料(FGM) 压电 悬臂 三阶剪切变形理论
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基于ANSYS的(P/FGM/P)悬臂矩形板的模态分析 被引量:2
10
作者 郝育新 王颖 +1 位作者 王建华 张伟 《动力学与控制学报》 2012年第4期379-384,共6页
基于有限元基本理论,用 ANSYS 软件对( P/FGM/P) 型的带压电层的功能梯度材料悬臂板的结构进行了模态分析,这里选用 SHELL99 单元类型. 给出( P/FGM/P) 型的带压电层 FGM 悬臂矩形板的振动模态图,得到固有频率,并且对前 8 阶模态做模态... 基于有限元基本理论,用 ANSYS 软件对( P/FGM/P) 型的带压电层的功能梯度材料悬臂板的结构进行了模态分析,这里选用 SHELL99 单元类型. 给出( P/FGM/P) 型的带压电层 FGM 悬臂矩形板的振动模态图,得到固有频率,并且对前 8 阶模态做模态分析,讨论了其对结构的动力学行为的影响. 通过模态分析可以得知带压电层 FGM 悬臂矩形板的模态振型有横向振动,扭转振动,拉伸振动,横向振动以前两阶模态为主,分析结果对系统的结构设计与优化以及振动特性研究提供了有效的依据. 展开更多
关键词 功能梯度压电材料 悬臂 ANSYS 模态分析
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