压电智能功能梯度夹芯结构高精度理论模型与主动控制

本文发展了一种能精确预测含压电层的层合结构和含压电层的功能梯度夹芯结构力电行为的精化高阶理论.此模型位移场使用Reddy型整体-局部高阶理论,满足层间位移和应力连续条件以及自由表面边界条件;电势使用Layerwise分层理论,即对于压电层较薄的结构,电势在厚度方向可假设为线性分布.运用Hamilton原理和主动控制原理,推导了含阻尼压电功能梯度板系统的控制方程.基于精化高阶理论,构建了等几何分析方法,对压电层合结构弯曲行为进行了分析,并验证了精化高阶理论的有效性.此外,探究了铺层角度和功能梯度系数对压电功能梯度层合结构弯曲行为的影响规律,即结构中心点挠度随铺层角度或功能梯度系数增大而减小;功能梯度系数在0~5之间时,功能梯度系数对弯曲行为的影响比铺层角度对弯曲行为的影响更加显著.最后分析了无阻尼压电功能梯度板的动力学响应.当系统的速度反馈增益系数为零时,结构做无衰减震荡;当速度反馈增益系数增大时,结构震荡幅度衰减加快,衰减所需时间减少,从而实现了无阻尼结构受迫振动的振动主动控制.

基于压电信号的复合材料疲劳寿命评估方法

复合材料结构应变特征随着疲劳加载发生变化,因此本文尝试实时监测疲劳周期内复合材料结构的应变特征信号,通过应变信号评估结构疲劳寿命。然而已有研究表明,电阻式应变片在长时间动态测试中经常出现提前疲劳失效,不适合疲劳全周期内应变信号采集。为此,具有高耐疲劳性的新型聚偏氟乙烯压电薄膜(Polyvinylidene difluoride piezoelectric film,PVDF)被用于采集复合材料结构疲劳特征信号。通过在碳纤维增强树脂基复合材料(T700/9A16)层合板表面粘贴PVDF薄膜,获取层合板疲劳过程中的压电信号。基于压电效应,将表征疲劳损伤状态的应变信息转化为PVDF压电信号输出。基于试验生成的压电信号数据库,采用随机森林回归算法高效地建立压电信号与复合材料层合板疲劳循环次数之间的关联。通过不同循环次数下的PVDF压电信号可以准确预测试验件的实际疲劳加载次数,实现了对复合材料结构疲劳状态的有效评估。