基于遗传算法和梯度算法压电层合结构的最优形状控制

基于压电层合结构的有限元方程,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电耦合有限元分析程序(MPFEMP).以该程序为计算基础,采用遗传算法和一阶梯度优化算法,以压电片尺寸为设计变量,以压电层合梁和板的预期位移或最小重量为目标函数,给定初始变量和适应度函数,通过循环迭代MPFEMP计算程序,研究了多点控制的压电层合梁板结构的形状最优控制.结论对比分析证明了两种优化方法分析压电层合结构的有效性,同时,对复杂多层智能结构的最优形状控制和主动控制研究具有一定的参考价值.

考虑胶层影响的压电陶瓷层合结构变形模型

针对压电层合结构中胶层厚度不可忽略的情况,根据层合结构各层的正应变分布,研究了压电层合结构中压电层与基底层中的正应变与胶层内部剪应变的数学关系,再根据剪应力与剪应变的关系,建立了考虑胶层情况下压电层与基底层界面上的剪应力、剪应变分布模型,得到压电层与基底层间界面上的应力、应变分布规律。并基于该模型研究了压电层合结构的几何参数与材料物性参数对应力、应变分布的影响。最后结合压电层合结构在电载荷下的变形模型,通过与实验结果对比,验证了考虑胶层影响模型的正确性。

基于zig-zag假设的压电阻尼层合结构机电耦合建模与分析

基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom,DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过对文献算例的计算与仿真,验证建立的有限元模型的正确性。研究了材料增强角度、阻尼层厚度和结构曲率对压电阻尼层合结构频率和损耗系数的影响,为压电阻尼层合结构的减振及结构优化提供参考。

压电智能层合结构噪声主动控制的实验研究

根据噪声主动控制原理 ,建立了压电智能层合结构噪声主动控制模型 ,在隔声箱内部激励分别单频、多频情况下 ,进行了噪声控制实验研究。研究表明 ,在 5 0～ 4 5 0 Hz的频段内取得了良好的降噪效果 ,其中在 80 Hz的最大降噪达到 2 6 .4 d B。

压电类智能层合结构的力学和计算模型综述

综述了压电类智能层合结构的力学和计算模型。基于大量国内外有关压电类智能层合结构的文献 ,根据各自采用的运动学假设、场变量的近似、压电层的表达法以及曲率和温度的影响 ,对压电层合结构的力学和计算模型进行了分类 ,阐述了各种理论的特点及一般形式。

压电层合板高阶计算模型

压电复合(层合)结构可应用于结构振动控制、形状保持、健康监测等,建立压电层合结构精确的机电耦合计算模型成为了研究的焦点。针对表面粘贴或内部嵌入压电片的压电层合板结构,基于高阶位移场和高阶电势模型,根据Ham ilton原理建立了机电耦合高阶有限元模型。该模型适用于薄板和中厚板,并且能够捕捉压电层内沿厚度方向呈抛物线型分布的诱导电势。以压电双晶片简支板为例,进行了作动器构型和开环、闭环状态传感器构型的数值分析。结果指出,诱导电势对压电传感器有重要影响,而压电作动器可忽略这种电势。

偏置电压对磁致伸缩/压电层合换能结构磁电性能影响

分析和测试了偏置电压调整时PZT5/Terfenol-D/PZT8层合换能结构磁电性能.提出了一种磁致伸缩/压电层合磁电换能结构的一阶谐振频率控制方法.通过改变压电驱动层的直流电压对磁电层合结构的预应变进行改变,从而调整谐振频率.分析偏置电压、应变、弹性模量、谐振频率和谐振磁电电压系数之间关系.分析表明:在较小应变情况下,控制电压几乎可以线性调节谐振频率,而层合结构谐振磁电电压系数几乎与偏置电压无关.实验研究验证:理论与实验结果较好吻合.在-170 V—+170 V的偏置电压时,谐振频率可以几乎线性调整.最大频率调整量达到1 kHz,偏置电压对一阶纵振频率的控制率达到:2.94 Hz/V.在偏置磁场为0—225 Oe时,谐振频率调整量与偏置磁场无关.偏置磁场会改变谐振磁电电压系数,在大于178 Oe静态磁场偏置时,磁电电压系数最大,达到1.65 V/Oe.

层合压电结构中的导波

基于状态空间列式和平面波展开技术,提出求解层合压电结构中导波传播的回传射线矩阵法一般列式.假定各层介质都是任意各向异性压电材料,从三维线性压电理论出发推导其状态方程,可考虑所有的波动模态.按照回传射线矩阵法的基本原理,分别由对偶坐标系中物理量的相容条件建立相位关系,由上下表面的边界条件和中间界面的耦合条件建立散射关系.由于相位关系中不包含大指数项,散射关系中又避免了矩阵求逆,因而该文提出的回传射线矩阵法列式是无条件数值稳定的,对所求解的层合结构的层数、单层厚度和计算频率没有任何限制.通过数值算例验证了该文方法计算层合压电结构弥散特性的有效性.