层合机敏结构的变形传递和层间应力分析

建立了一种承受弯矩及正应力加载下结构材料与压电陶瓷传感／执行器的应力应变传递关系模型，获得了位移、应力、应变等场量方程。模拟了压电陶瓷作为传感器时结构的变形传递及作为执行器时的应力分布和变形传递，并与实验和有限元分析结果进行了比较。结果显示：模型得出的理论值与试验和有限元结果较为接近；当本体材料两面贴压电陶瓷并加同向电压（即只受纵向载荷作用），本模型与已有的一些模型模拟结果近似，但此模型能同时分析承受弯曲加载的智能结构情况；压电陶瓷作为执行器时，层间正应力和层间剪应力在中间都比较平缓，到接近边缘处有一应力集中，实际制作时应加强此处粘接强度，以防在高应力加载或循环下压电陶瓷剥落。     

考虑非等长应变的磁电层合材料低频磁电响应特性

本文提出了一种考虑非等长应变的磁电层合材料低频磁电响应模型.该模型以剪切应力传递应变为基础,采用应力函数法分析了磁致伸缩层、压电层的应力和应变,利用粘接处的应变相等,求出了开路状态下磁电层合材料L-T模式的低频磁电响应特性.该模型能研究磁致伸缩材料的柔顺系数、压磁系数、层合比、压电材料的机电耦合系数、压电系数等参数对磁电电压系数的影响,并与等效电路法、两种考虑退磁场的等效电路法以及实验结果进行了对比研究.针对Terfenol-D/PZT/Terfenol-D的研究结果表明:理论结果与实验结果误差为5.42%,与其他方法相比,本文的结果与实验结果吻合得更好.     

压电智能结构的变形传递因素分析

对称粘贴在梁结构上下表面上的压电元件在外部电场的作用下能使梁结构发生弯曲变形。通过分析驱动构件与结构中的应变分布，基于均匀应变假设，建立了压电智能结构的变形传递模型及其应变传递因子。采用数值模拟的方法分析了驱动机构和粘贴层的尺寸大小和力学性能对应变传递因子的影响，提出了提高压电驱动机构性能的方法：     

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.     

压电智能驱动器力学模型的建立及数值模拟

基于PZT逆压电效应和结构动力学波动原理,建立粘贴式PZT驱动器与主体结构耦合简化力学模型及数学模型;考虑粘结层阻尼效应,建立PZT驱动方程并求解输出力表达式,确定驱动器力学与电学特性的对应关系;通过胶层材料特性、传递的切应力及其厚度变化对PZT驱动性能的影响进行算例分析,拟合出胶层传递剪切力与胶层厚度关系曲线,证明了运用所建立的驱动模型能有效地模拟检测PZT的逆压电规律,可为利用压电智能驱动器控制工程结构检测提供理论依据.     

基于压电致动器的有限元分析

由于压电智能结构装置变得越来越复杂化和多样化，给智能结构的设计和优化分析带来困难．为了定量地分析影响执行器与结构材料之间变形传递关系的因素，使用有限元商业软件成为一种方便快捷的途径．使用专用的有限元软件建立单面粘贴压电元件悬臂梁的模型，通过计算分析粘接层和压电层性质(弹性性质和厚度)对执行器与结构材料之间变形传递关系的影响．     

新型压电复合材料OPCM传感性能试验研究

传统的压电传感器不具有压电正交异性，因此不适合用于检测构件特定方向应力和应变．将压电陶瓷材料相与环氧树脂基材料相复合，构造出具有压电正交异性的新型压电复合材料，并对其传感性能进行标测．试验研究结果表明这种新型压电复合材料不但具有灵敏度高、线性度好和性能稳定等优点，可用作传感元件和驱动元件；而且还具有非常明显的正交各向异性，更适合于测定构件任一方向的应力和应变．     

基于光频域反射技术的表面粘贴分布式光纤传感器应变传递特性分析与试验

分布式光纤传感器由多层结构组成,用于测量土木工程构筑物表面变形时,光纤与结构基体间存在一个应变传递过程。为了揭示表面粘贴分布式光纤传感器应变传递特性规律,结合经典的剪滞理论,分析光纤在不同粘贴长度和中间层参数下,低应变传递系数区段的范围与变化。通过室内试验,在PVC管表面紧邻并行粘贴两条光纤,采用基于光频域反射(optical frequency domain reflectometer,OFDR)的分布式光纤感测技术测量光纤在管中部受不同集中荷载下的应变,得到应变传递系数分布及变化。结果表明:在不同荷载下,OFDR实测光纤应变传递系数的分布规律具有一致性,符合理论分析,研究成果对分布式光纤传感器应用于结构表面变形的检测与监测工作具有一定的指导意义。     

基于传递矩阵法的压电复合结构声学性能研究

提出了一种将压电材料与被动吸声结构结合起来进行复合吸声的方法,并采用传递矩阵法对其声学性能进行了研究.首先,根据压电材料的控制方程和边界条件,求得压电材料上下表面声压和质点速度的传递矩阵;然后,对由压电材料和非均匀橡胶材料组成的复合吸声结构,利用递推方法求得总的传递矩阵;最后,对背部边界条件为钢板时不同非均匀橡胶结构参数情况下的压电复合吸声结构的控制电压进行了理论计算和对比分析.     

PVDF压力计在相似材料动态力学参数测试中的应用

随着相似材料逐渐用在动力学模型试验中,其动态力学参数的测试和研究显得尤为重要.相似材料是软弱材料,其强度较低,波阻抗也无法与Kolsky杆常用的钢杆或铝杆相匹配,因而无法利用传统的应变测量系统进行动态力学测试.本文基于一维应力波理论,推得被测试件端面应力与应变、应变率之间的关系表达式,进而利用PVDF压电薄膜传感器改进SHPB装置的压力量测方法和系统;采集到相似材料的动态压力信号,得到了相似材料在不同应变率下的全应力应变曲线、动态弹性模量、动态峰值强度以及随速率变化的关系.      

温度场及非均布移动荷载作用下

为研究路面结构实际温度场对沥青路面结构动力响应的影响,基于路面结构温度场现场实测数据及室内实际路面材料动态模量试验结果,建立温度场分析和非均布移动荷载作用下沥青路面瞬态动力分析三维有限元模型,分析路面结构在实际温度荷载作用下的动力响应规律,并与传统的等温结构模型动力响应结果进行对比分析.结果表明,层底控温方法模拟出的温度场可用于分析夏季高温时段和低温时段沥青路面的实际动力响应;夏季一天中高温时段,等温模型高估了竖向应变及上、下面层的剪应变,低估了中面层的剪应变;夏季一天中低温时段,沥青路面的实际动力响应大于等温模型的计算值,等温模型低估了温度分布对沥青路面车辙和开裂的影响.     

Elasto-Plasticity Critical Corrosive Ratio Model for RC Structure Corrosive Expanding Crack

The parameter of filling expanding ratio n, plasticity factor k1 and deformation parameter k2 is raised, and then the elasto-plasticity critical corrosive ratio model for RC structure corrosive expanding crack based on elasto-plasticity theory is constructed in this paper. The influences of parameters such as filling expansion ratio n, plasticity factor kl, deformation parameter k2, Poisson ratio of concrete v, diameter of reinforced bar d and protective layer thickness c on the critical corrosive ratio are researched by theory analysis and experiments. The experimental results validate the accuracy of the model. According to the experimental study, the least squares solution is calculated as n = 1.8 ,k1 =0.61 ,k2 =0.5.     

基于平面裁切的三角形乙烯-四氟乙烯气枕成形试验及数值模拟

基于平面裁切的设计方法,制作了边长为2.5m的正三角形乙烯-四氟乙烯(ETFE)气枕模型,结合自动压力控制、三维摄影测量、激光测量等技术对ETFE气枕进行充气成形试验和测量分析.ETFE气枕经历了0~2kPa的充气加压,压力为2kPa、时间为24h的黏弹性徐变,放气至0kPa、时间为24h的徐变恢复等一体化流程.得到了各状态下的气枕内压值、上膜面整体形态和下膜面矢高值,并基于膜面形态计算出应力分布.通过与充气加压过程的几何非线性有限元分析结果进行比较分析,揭示了ETFE薄膜经历弹性变形、黏弹性徐变、徐变恢复等过程时的深刻力学性能与行为.试验结果验证了基于平面裁切的成形设计方法的可行性,对ETFE气枕结构的推广和应用具有较高价值.     

车辆荷载下隧道混凝土顶板数值模拟研究

地下隧道使用期间上部荷载对顶板的荷载可能对其内部应力分布与微变形产生影响.研究HME-V加强混凝土作为隧道顶板材料的可行性,并对掺高性能抗裂剂的混凝土结构进行理论分析和仿真模拟.探讨隧道顶板结构的力学性能和稳定性,对应力场、应变场、位移场进行分析.结果表明,应力与变形状态均在力学模型估算的范围之内,对实际工程具有一定的...     

沥青混凝土路面光栅应变传感器的试验研究

疲劳是沥青路面设计标准之一,沥青混凝土的疲劳失效与沥青层底拉应变值的大小相关。为了准确测得在实际车辆荷载作用下沥青层底的应变响应,采用光栅应变传感器代替传统的电信号传感器进行路面应变测量的试验研究,结果表明光栅传感器在抗振动、抗电磁干扰等方面性能较好,试验结果与路面结构和材料类型相符,能够满足路面应变测量的要求。     

基于梁板检测的光纤传感器协同变形研究

光纤传感技术以其良好的耐久性和稳定性被广泛应用于道路工程和桥梁工程的健康监测中。通过对光纤传感技术在桥梁检测中的技术原理、方法优势进行研究,发现由于光纤传感器本身模量突变的原因,采集的信息与结构面的真实信息存在较大差异。因此对检测结构面与光纤传感器之间的协调变形性能的研究成为应用的前提和基础。通过ABAQUS建立变形评价的数值模拟模型,对沥青混凝土梁板结构中应变值与光纤传感器的实测应变比较,得出了光纤光栅应变传感器实测应变的有效性,为光纤传感器应用奠定理论基础。     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器研究

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

复合材料层合板双面贴补结构渐进损伤分析

提出了一种分析和预测在拉伸载荷作用下复合材料层合板双面贴补结构的极限承载能力的方法,建立了分析复合材料双面贴补结构渐进损伤的三维有限元模型.胶层用各向同性模型描述,提出了基于3个方向剪切应变描述的二次剪切失效判据来预测胶层的损伤起始,定义了与材料应力应变相关的刚度折减函数来模拟损伤后胶层刚度的连续退化.层合板用正交各向异性三维模型描述,采用基于应变描述的三维Hashin准则和Ye分层准则来预测其损伤起始,引入损伤变量来考虑层合板的损伤扩展.计算结果与试验数据吻合较好,说明该方法和模型可以有效地预测复合材料双面贴补结构的拉伸极限强度.