光电层合圆柱薄壳的激励特性及控制

光致伸缩材料(如铁电陶瓷材料镧改性锆钛酸铅)在高能光束照射下具有光致形变效应,可应用于柔性结构的非接触激励与控制。在研究光致伸缩作动器光-电-热-力等能场耦合机理基础上,构建出光致伸缩作动器的数学模型,推导出光电层合圆柱壳振动控制方程。利用模态控制因子对不同布局下作动器的控制效果做出评价,同时对变曲率圆柱壳的薄膜作用与弯曲作用进行了较深入研究。最后,利用Lyapunov与速度比例反馈控制对所提出的布局进行了振动主动控制分析,结果表明分布式光致伸缩作动器对圆柱薄壳低频振动的控制效果良好。

新型光电作动器产生的非均匀力矩对板的控制

在特定波长的高能光束均匀照射下,镧改性锆钛酸铅(PLZT)铁电陶瓷由于在光电效应及逆压电效应的共同作用下会产生光致伸缩效应,可以实现对智能结构的非接触式精密激励。提出一种新的光致伸缩作动器的构型设计,它由4个单片的PLZT作动器构成,由于每一片的不均衡的边界条件,此新型作动器可以产生不均匀的控制力及控制力矩,利用变分法计算出其控制力及控制力矩的近似分布曲线,利用模态扩展方法,分别计算此新型作动器对正方形板及矩形板的模态控制效果,计算作动器尺寸对控制效果的影响。通过与多自由度作动器的对比表明,此新型作动器由于会产生不均匀的控制力及控制力矩使它对板的某些模态的控制效果比多自由度作动器更好。

圆柱平压头压电陶瓷压痕过程中接触应力和电场的奇异性

采用有限元方法,针对横观各向同性压电材料进行轴对称纳米压痕的机电耦合响应数值仿真。结果表明:当压入过程中不施加预设电压,压痕载荷与压痕位移之间呈线性关系;导电压头上电势与压痕位移也呈现相似关系,压头边缘附近的接触应力和电场存在奇异性,且二者均随压头下固体厚度呈指数变化。通过对不同压痕深度和材料厚度下,从压头内部到接触边缘向应力、法向电势和切向电势分布情况的拟合公式得到了不同压电材料厚度下电场和应力场的奇异常数,并对其变化规律进行了分析。