壓電桿結(jié)構(gòu)的彈性動力學(xué)分析.pdf

1、壓電材料由于其優(yōu)越的力電雙向性能被廣泛的制成傳感器和激勵器等智能構(gòu)件中的敏感元件，以薄層、薄膜、涂層等方式粘附著在基體上形成智能構(gòu)件。壓電復(fù)合材料層合桿結(jié)構(gòu)已經(jīng)是航天工程，智能工程，能源領(lǐng)域，海洋探測甚至生物技術(shù)等領(lǐng)域不可缺少的功能器件。壓電層既可以埋入基體中也可以覆蓋在基體表面上，從而組合成為一個復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)。隨著科技的進步和大量工程實踐中的需要，對于該領(lǐng)域的研究已經(jīng)從壓電材料本身的研究擴展到考慮綜合應(yīng)用的智能結(jié)構(gòu)的整體性能的研究。隨

2、著壓電材料被更廣泛的應(yīng)用和在生產(chǎn)實踐中面臨更多的問題，對于智能結(jié)構(gòu)的動力學(xué)性能研究必須不斷加以深化。波在壓電復(fù)合層合桿結(jié)構(gòu)中傳播特性的研究是智能結(jié)構(gòu)的動力學(xué)性能研究的重要組成部分，有著重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。 本論文研究的主要工作包括： (1)基于Hamilton原理的矩陣形式，并結(jié)合局部坐標函數(shù)形式，建立了彈性波在覆蓋壓電層的圓柱形桿(包括變截面圓柱桿)中傳播的基本方程式，通過求解特征值得到了波傳播的頻散關(guān)系并對

3、頻散特征進行了討論，通過數(shù)值算例討論了影響頻散特征曲線和位移、電勢以及應(yīng)力分布規(guī)律的因素。分析了變截面壓電桿的截面變化程度對各個力學(xué)分量分布的影響。 (2)在平面正交曲線坐標系和空間正交曲線坐標系中建立了彈性波在平面彎曲壓電桿、三維圓形彎曲壓電桿和三維任意曲率壓電桿中傳播時的基本方程式，通過Galerkin積分求解特征方程式并討論了不同曲率下波傳播的頻散特性。通過數(shù)值算例對比了壓電材料曲桿和彈性材料曲桿的頻散曲線，討論了材料參數(shù)

4、對頻散特性的影響。分析了前三階頻散關(guān)系下位移分量和電勢分量沿橫截面以及沿曲線軸線的分布情況。 (3)在一維問題簡化的基礎(chǔ)上，通過Laplace變換和相關(guān)的復(fù)變函數(shù)變換，求得了壓電曲桿的頻散關(guān)系，進而推導(dǎo)了位移和電勢的關(guān)系，先求出了軸向位移的響應(yīng)函數(shù)，再求出電勢響應(yīng)函數(shù)，推導(dǎo)了在桿端受到應(yīng)力脈沖荷載作用下，壓電曲桿的動力響應(yīng)表達式。通過數(shù)值計算得到了瞬態(tài)位移、應(yīng)力和電勢的響應(yīng)曲線，分析了縱向沖擊波作用下圓截面層合壓電桿的動力響應(yīng)的