压电非均衡复合材料变形有限元分析

利用基于一阶剪切层合板理论的四节点矩形压电层合板板有限单元，分析了在外载荷和驱动电压相同的情况下,五种不同铺层形式的压电复合材料变形的规律；同时对压电非均衡复合材料中弯-扭耦合系数对其变形规律的影响进行了初步的研究。研究结果对今后设计压电非均衡复合材料具有一定的指导意义。     

压电悬臂梁俘能器多模态俘能效果研究

研究了一种带质量块的压电悬臂梁俘能器,推导得到俘能器振型函数,并进行数值计算,分析不同质量比时系统振型特点,以及系统各阶固有频率与质量比的关系.数值计算结果表明:质量比小于0.5时,对系统各阶固有频率影响较大;质量比趋于无穷大时,自由边界条件会转化为夹持边界条件;俘能器二阶及二阶以上模态时在梁长度方向上存在应变节点,节点两侧应变符号相反.为提高俘能效率,避免压电晶片电极上电荷抵消现象的发生,可在悬臂梁上应变节点两侧分段粘贴压电晶片,提取多个谐振频率时的振动能,实验结果表明分段电极法可以产生更多的电能.     

基于ABAQUS平台的机电虚拟裂纹闭合法

为提高求解含裂纹压电体的能量释放率的计算效率和精度以及减少程序编写与调试的工作量,针对四节点平面压电单元提出了机电虚拟裂纹闭合法计算公式.基于通用商业有限元软件ABAQUS,开发了哑节点断裂压电单元,编写用户自定义子程序UEL,该单元可独立求解总能量释放率分量,对不同材料和裂纹长度的含裂纹压电体的能量释放率分量进行了求解,与理论解作了对比,讨论了不同形式网格对求解精度的影响.数值算例结果表明,哑节点断裂压电单元具有精度高、简单方便和对网格尺寸不敏感等优点.     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

含裂纹压电材料的扩展无网格伽辽金法

为提高含裂纹压电材料结构分析的求解精度,基于压电材料断裂力学理论,在传统无网格伽辽金法近似函数中引入扩展项来描述裂纹处不连续位移场及电场,提出了含裂纹压电材料的扩展无网格伽辽金法.该方法能很好地模拟裂纹尖端奇异性,并且节点影响域的连续性不受裂纹线的影响,无须引入可视准则与衍射准则,易于编程实现.讨论了不同节点分布、不同裂纹长度对强度因子计算结果的影响,与解析解、常规无网格伽辽金法及有限元法的计算结果进行了比较,数值算例结果表明本方法正确可行且具有较高的精度.     

功率超声换能器结构与特性分析

本文利用等效线路的方法,分析了夹心式压电换能器负载能力、电声效率等特性与节点位置、陶瓷堆长度和共振频率的关系.结果表明,节点靠近陶瓷,陶瓷堆长度增加和提高共振频率都有利于增强换能器的负载能力.     

基于Morris方法的压电悬臂梁结构参数灵敏度分析

作为常见俘能器之一的压电俘能器，其结构参数的合理化设计决定着俘能器输出功率的大小，分析影响压电俘能器输出功率的关键结构参数具有十分重要的意义。以压电双晶梁为研究对象，运用Morris方法对其结构参数进行了全局灵敏度分析，并使用正交试验方法对灵敏度排序结果进行验证。结果表明，在给定参数变化范围内，压电梁厚度和长度分别是影响谐振频率和峰值功率的两个最重要参数。压电梁宽度对系统输出性能影响最小，且与其它参数的交互性相对较弱。灵敏度分析方法对压电悬臂梁结构优化设计具有指导意义。     

双压电片换能器力电等效模型的建模与仿真

双压电片换能器是一种新型的供电装置,可广泛应用于对无线传感器网络节点进行供电。首先采用Pspice内置受控源建立常微分方程宏模型的方法,建立行为级与电路级混合的压电能量收集装置力电等效模型来解决力学模型与电路模型混合仿真的数据迭代问题,最后结合电能存储技术方法,利用Pspice仿真分析能量收集装置接纯容性负载的输出特性。仿真结果有效验证了压电能量收集装置力电等效模型的正确性和供电的可行性。     

自供电式船舶轴系振动监测装置设计

针对船舶轴系振动装置持续供电难题,采用双晶悬臂梁式压电振子自发电结构设计了一种自供电的振动监测装置。利用压电能量收集存储芯片LTC3588-1及LTC4071,设计了无线节点模块,从而搭建了基于CC2530芯片的Zig Bee片,并进行了系统的试验分析。结果表明:该装置能量收集效率高,在设定的振动频率范围内可产生占空比为1%~3%的无线节点工作模式,满足了自动监测轴系振动工况的工程需求。     

压电点火材料参数的关联性与综合性选择

从压电方程导出压电点火电压与能量公式，且以二次压电效应及机电耦合关系分析了各能量之间、有关压电材料参数之间的关联性，对压电点火材料参数的综合性选择给出了一般性结论。     

三维实体有限元网格自动Delaunay剖分

针对三维实体有限元网格自动剖分的困难，本文提出了一种改进的结点连接法，将传统结点连接法中，结点生成和单元形成两大彼此独立步骤合二为一，使得结点和单元的生成相互依存、彼此影响、交替进行，实现了三维实体Ｄｅｌａｕｎａｙ剖分的自动化、一体化。     

拟协调轴对称三结点退化壳单元

结合拟协调有限元方法和退化壳有限元概念,构造了一个轴对称三结点退化壳单元,采用了整体,局部和等参三个坐标系,使用与拟协调单元列式方法等效的基于胡－鹫津广义为分原理的杂交／混合单元列式方法构造轴对称三结点退化壳单元;使用相同的等参坐标插值来假设应力和应变,插值既考虑到低阶项的完备,又借鉴了拟协调九结点四边形爱化壳单元的结构经验。为了确定应力应变的插值形式,进行了多次数值试验和单元刚度矩阵的特征值分析     

基于共转法U.L.列式三节点壳元几何非线性有限元分析

以三维连续介质力学和虚功原理为基础,推导出增量U.L.有限元列式,该列式保留了大位移增量刚度矩阵项,通过对该刚度矩阵进行修正可使之成为对称矩阵.根据该增量U.L.列式,文中采用三边形的形函数推导了三维三节点壳元的切线刚度矩阵,并考虑了横向剪切应力的影响.在求解增量方程时,采用CR(Co-rotational)法,将刚体位移从节点位移增量中扣除,得到节点纯变形增量,利用小应变理论计算单元内力.编制了非线性有限元程序,通过算例进行了几何非线性分析,验证该理论的精确性、高效性和通用性.     

有限元网格自动剖分改进的结点连接法

文中提出了一种改进的结点连接法,解决了传统点连接法中自动生成有限元网格结点的困难,该方法使结点生成和单元形成合二为一,代替了这两个过程相互独立的传统方法,提出的遍历部分单元代替遍历已有所有单元形成插入多边形的方法,大大提高了计算效率,上述所有算法,均在二维和三维模型中得到了较好的实现。     

外环式空间钢管混凝土柱-钢梁节点受剪性能

为了探讨空间钢管混凝土柱-钢梁环板节点的受剪性能,基于ABAQUS建立圆形和方形空间环板节点在3种不同梁端加载方式下的有限元模型,分别对节点域的剪力-梁端位移曲线进行分析.在此基础上,选取4个影响节点域抗剪的参数进行分析,以此来明晰空间钢管混凝土节点的受剪机理.结果表明:平面内-平面外梁端依次加载为节点域受剪的最不利加载方式,钢梁强度、柱混凝土强度、柱钢管强度对节点域抗剪起着有利作用,轴压比在一定范围内对抗剪有利,超过这个范围反而不利.     

交叉隧道地震反应三维有限元和无限元分析

为了研究交叉隧道地震反应，提出一种三维有限元和无限元的耦合方法。基于有限元与无限元耦合的特点，探讨了三维有限元与无限元的构造方式与网格生成方式，深入分析了耦合方法中有限区域尺寸与无限元中节点位置的选取给计算结果带来的影响，得到了一般情况下有限区域尺寸与无限元中节点的最佳取值范围。     

汽轮机隔板强度有限元法及其应用

建立了以板－梁－板为隔板计算模型的隔板强度有限元计算方法．用有间隙的弹性接触有限元法考虑了隔板非线性支撑边界，同时考虑了板的热弯曲．程序使用了八节点厚板等参元划分隔板，用三节点扭梁单元划分隔板静叶．同时，提出了计算隔板热弯曲的方法，计算了隔板温度挠度；建立了隔板模化方法；对有加强筋隔板和中分面有剖分叶片的隔板结构进行了详细的模化；编制了适合上述情况的自动剖分网格程序．应用该方法，计算了３例隔板的挠度和应力，并与厂方提供的实验值进行比较，验证了该方法的准确性     

架空输电铁塔动力风响应的数值模拟

运用有限元数值方法分析了两跨三基架空输电线路的顺风向动力响应.中间铁塔由空间梁单元进行模拟，两端的铁塔通过动力等效简化为梁模型。假设悬垂架空线节点具有空间三个方向平移特征，并引入了几何非线性的影响。在考虑各节点风力空间相关的条件下，利用Karman 风速功率谱对节点风力进行了数值模拟。研究表明，在分析架空输电铁塔风载条件的动力响应时，应该考虑架空线的动力响应特性的影响。提出的计算方法为进一步研究输电线路结构 的安全性与可靠性提供了基础。     

大型洞室围岩计算中分期施工计算机程序处理

在有限元程序中设置“0”类区和虚单元,程序能自动识别新开挖边界节点号,并通过施加卸荷荷载的方法计算大型地下洞室分期施工各阶段的围岩变形和应力。虚单元不计算单元刚度矩阵,不参与形成总体刚度矩阵。虚节点无节点力,不形成方程。通过标志矩阵自动搜索新的开挖边界节点,并由单元应力计算出节点的卸荷荷载。     

粗网格划分下具有高精度的六面体广义协调元

针对薄壁结构三维实体有限元分析存在单元划分过多的问题,构造了一种能适应粗单元网格划分的六面体广义协调元.该单元以六面体十二结点等参元为基础,通过在单元不同坐标方向有选择性地补充非协调位移插值项,使得单元在粗网格划分下仍能保持良好的性能.所构造的非协调位移场满足网格无限划分时的边界极限协调条件,因而能确保单元收敛性.数值计算表明,该广义协调元具有很高的计算精度,能适应边长尺寸相差悬殊的单元网格划分.