壓電桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性分析.pdf

1、由于日益迫切的振動(dòng)控制和形狀控制需要，智能結(jié)構(gòu)特別引起了航空航天界的極大關(guān)注。目前，由傳感器、致動(dòng)器和處理中樞組成的智能結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用到在許多領(lǐng)域中。智能結(jié)構(gòu)是一種含有壓電材料、電/磁致伸縮材料或形狀記憶合金等主動(dòng)材料的結(jié)構(gòu)形式，因?yàn)閴弘姴牧吓c其它主動(dòng)材料相比有很多優(yōu)勢(shì)，它已越來越多地應(yīng)用到各種智能結(jié)構(gòu)中。作為一種電介質(zhì)材料和脆性材料，壓電材料中不可避免的存在力失效和電失效的問題，而且由于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)本身及其所處環(huán)境的不確定因素，使得壓電智能

2、結(jié)構(gòu)的可靠性分析變得復(fù)雜，隨著其應(yīng)用的廣泛，智能結(jié)構(gòu)的可靠性已成為一個(gè)熱點(diǎn)問題，因此開展對(duì)壓電智能結(jié)構(gòu)的隨機(jī)分析并評(píng)價(jià)其可靠性是非常必要的。
　　 本文研究了同時(shí)考慮力/電失效的智能結(jié)構(gòu)可靠性問題，主要有以下幾個(gè)方面：
　　 1、討論和研究了壓電晶體的力學(xué)、電學(xué)性能，從壓電效應(yīng)出發(fā)，對(duì)壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了介紹。基于熱力學(xué)原理推導(dǎo)了壓電廣義本構(gòu)關(guān)系，闡述了壓電材料各參數(shù)間的相互關(guān)系，給出了按IEEE標(biāo)準(zhǔn)記法的表達(dá)式，

3、討論了機(jī)械、電、熱三種能量形態(tài)之間的相似性及耦合關(guān)系。
　　 2、介紹了電介質(zhì)材料的雪崩擊穿機(jī)理，闡述了因電擊穿機(jī)理的復(fù)雜性難以建立其解析表達(dá)式。本文基于誘發(fā)微短路的服從麥克斯韋一玻爾茲曼(Maxwell-Boltzmann)分布的假設(shè)，建立了壓電材料電擊穿統(tǒng)計(jì)公式，并與弱點(diǎn)擊穿理論公式做了比較，指出了弱點(diǎn)擊穿理論公式的局限性。
　　 3、給出了考慮預(yù)壓力的壓電致動(dòng)器的機(jī)電耦合方程，理論分析了致動(dòng)器的最大輸出位移/力。并

4、算例分析了壓電堆與預(yù)壓彈簧的剛度比的可行最佳取值范圍。
　　 4、運(yùn)用最小勢(shì)能原理，給出了壓電堆的有限元求解方程。并在此基礎(chǔ)上，分析了主動(dòng)桿的熱力學(xué)控制方程，給出了主動(dòng)桿(一般由壓電段和普通段組成)的有限元機(jī)電耦合方程。
　　 5、結(jié)合壓電桁架結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)，給出了可靠性分析的安全余量表達(dá)形式，采用改進(jìn)的一次二階矩法(Advanced First Order Second Moment,AFOSM)和Taylor展開隨機(jī)