具有压电元件功能梯度弹性薄板的弯曲控制

考虑一功能梯度薄板, 其上下表面嵌有压电执行元件. 假设梯度材料的弹性参数为板厚度方向坐标的幂函数, 基于经典板理论, 导出具有压电元件的功能梯度弹性薄板弯曲平衡微分方程. 利用Navier和Levy解法得到在机、 电载荷共同作用下一个四边简支矩形板的弯曲挠度. 通过算例讨论了材料的梯度化、 作用电压对板弯曲变形的影响. 结果表明, 材料的梯度化对弯曲变形有较大影响; 而通过调整作用于执行元 件上电压的大小和方向, 可实现对板弯曲的有效控制.     

简支梯度压电梁的解析解

同时考虑材料弹性参数、压电参数和密度的梯度特性,采用逆解法求解了均布荷载作用下简支梁的力-电耦合平面应变问题.首先给出了应力函数和电位移函数的多项式表达式,进而求得了简支梯度压电梁的解析解,并对其进行了讨论.     

正交各向异性弹性层/功能梯度压电半空间结构中Love波的传播

研究了功能梯度压电半空间上覆盖一层正交各向异性弹性层结构中Love波的传播特性.覆盖层与基底的界面连接方式分别考虑了理想接触和非理想接触2种模式,功能梯度压电半空间的材料性能沿垂直于界面方向以指数函数形式变化.基于推导的频散方程,结合数值算例分析了材料性能梯度变化、正交各向异性材料的切割角度和非理想界面的连接程度对相速度的影响,其结果对功能梯度压电材料的覆层结构在声波器件中的应用具有重要的参考价值.     

具有压电材料薄板稳定性的有限元法

考虑一均匀各向同性薄板结构,在板面内受面力作用,且在板的上下表面离散分布着压电执行元件。设每块压电片具有相同的材料,且作用相同电压。不考虑压电元件对整体结构刚度的影响;只考虑执行元件对板的逆压电效应,而不考虑板弯曲对执行元件中电场强度的影响。要根据压电材料的逆压电效应,利用三角形三节点单元,用变分原理导出压电结构反平面应力问题位移法的有限元表达式以及在大找度小变形情况下的稳定性有限元特征方程。可利     

变截面功能梯度Timoshenko梁的自由振动分析

基于梁物理中面的概念,使用哈密顿原理,推导得出轴向力作用下材料性质沿梁高变化的功能梯度材料(FGM)梁自由振动的控制微分方程组,然后求得该微分方程组的幂级数解.再基于弹性约束表示的一般边界条件得到频率方程.分析了长高比、梯度指数、轴向力以及截面变化系数等参数对FGM梁固有振动特性的影响.结果表明,剪切变形不仅会影响弯曲振动,对轴向振动也有影响.     

功能梯度压电悬臂梁的弯曲分析

基于Airy应力函数法, 提出了分析功能梯度压电悬臂梁的一种新方法. 假设材料的所有电弹性常数沿厚度方向按同一函数规律变化, 获得了不同载荷作用下梁内电弹性耦合场的二维平面弹性解. 该解适用于任意梯度函数分布的情况. 通过数值算例, 还研究了不同梯度变化对功能梯度压电梁静力响应的影响.     

挠曲电效应对简支梁式压电传感器性能的影响

挠曲电效应是材料极化强度(或电场强度)与应变梯度之间的耦合关系,对于新型微纳米致动器和传感器的性能具有重要的影响.以纳米简支梁式压电传感器(简称压电简支梁)为研究对象,讨论材料的挠曲电效应对压电简支梁输出电势与挠度的影响.采用电吉布斯自由能密度函数,并根据压电材料线性理论与伯努利-欧拉梁理论,采用变分法推导压电简支梁的控制方程和相应力电耦合边界条件.数值模拟BaTiO3压电简支梁在外加机械载荷作用下,由于挠曲电效应产生的诱导电势和极化强度等与梁结构、材料参数的相互关系.计算结果表明,诱导电势反馈作用在梁的表面引起一个与机械载荷作用相反的弯矩,减小了梁结构的弯曲挠度;在一定的挠曲电系数和梁结构尺寸下,诱导电势存在最大值;在微纳尺度上挠曲电效应具有很强的尺寸依赖性,随着梁的厚度增大,挠曲电效应的影响将显著减弱.     

压电功能梯度材料细观结构参数对材料性能的影响

基于压电功能梯度材料物性参数沿厚度为幂函数变化的梯度模型, 引入反映设计与实现间误差的修正因子, 分析中采用含压电耦合项的修正层合理论, 将压电功能梯度板分为厚度足够小的若干薄层, 从而可近似地认为每层的材料特性为均匀的. 仅考虑电场作用, 对四边简支的压电功能梯度矩形板的位移和应力场做了解析分析. 在此基础上分析了材料组分分布、 每一层的厚度和层数等材料细观结构参数对材料性能的影响. 结果表明, 在一定区域, 细观结构参数对材料性能有重要影响. 当超出某一范围后, 细观结构参数的变化对材料性能影响甚微.     

梯度功能压电材料的一组参数识别

当考虑压电材料的压电参数g31,弹性参数S33和材料密度ρ沿厚度呈梯度变化时,通过测量压电材料悬臂梁在电场或横向集中力作用下梁的宏观反映(如应变、位移和电势),给出了确定这些参数分布的公式,包括g31、S33的单参数识别及体积力与联合参数识别的方法.对联合参数识别方法在常体力、材料参数S33为常数或在厚度方向呈线性变化等情况下的应用问题进行了讨论.     

弹性地基功能梯度梁自由振动问题

为研究不同高阶剪切变形理论下功能梯度梁的自由振动问题,假设功能梯度梁的材料参数按照组分的体积分数梯度变化,由哈密顿原理导出Winkler弹性地基上的功能梯度梁自由振动问题的运动方程.根据微分求积法原理,给出了考虑高阶剪切变形的功能梯度梁自由振动离散化代数方程.数值计算结果分析与讨论,研究了不同边界条件、弹性地基参数、功能梯度指数和结构几何参数对功能梯度梁固有频率的影响规律.该问题的研究可为功能梯度梁的设计与优化提供理论参考.     

四边简支压电功能梯度矩形薄板的屈曲

基于经典板理论, 假设材料的电弹参数为板厚方向坐标的幂函数, 采用含压电耦合项的修正层合理论, 推导了压电功能梯度薄板在电载荷作用下的屈曲方程, 并利用Navier解, 得到四边简支矩形薄板在均匀电场下的屈曲临界电压. 在此基础上, 讨论了板的几何尺寸、 材料梯度指数的变化和中面变形等因素对临界电压（电载荷）的影响. 结果表明, 压电材料的梯度化对其稳定性产生较大的影响.     

功能梯度涂层-均匀基底周期界面裂纹动态断裂分析

研究了功能梯度涂层-均匀基底周期界面裂纹动态断裂问题。采用Fourier积分变换技术,首先将混合边值问题转化为一组三重级数方程;然后利用边界条件将混合边值问题转化为求解一个带Hilbert核的奇异积分方程;并对积分方程数值求解,获得了周期裂纹的尖端应力场。结果显示了裂纹间距、几何参数和功能梯度非均匀性对应力强度因子的影响。所获得的结果对功能梯度材料的设计及应用有参考价值。     

基于传递矩阵法的电流变体-砂浆悬臂梁动态特性仿真

利用电流变体作为驱动元件与基体砂浆材料直接复合制成智能悬臂梁结构．调节施加在电流变体上的电压,用瞬态激振的方法测定其在不同电场激励下的自振频率,发现当电场强度超过2kV／mm时,电场变化对复合梁的振动频率有一定的影响,其中对一阶频率的影响最大．在实验研究的基础上,基于传递矩阵法和线弹性断裂力学理论,通过定义等效裂纹深度,建立了含电流变体的砂浆复合悬臂梁的振动模型,并得到理论计算复合悬臂梁频率的特征方程．根据实验数据确定模型的参数,并编制MATLAB程序来模拟含电流变体的砂浆悬臂梁随电场强度变化时自振频率的变化规律．研究结果表明,该模型的模拟值与实验值吻合得较好,说明利用这种方法建立含电流变体砂浆复合结构的振动模型是基本可行的．     

动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶粘弹性地基上的精确解

基于分数阶微分Zener型粘弹性地基模型,建立动载荷作用下无限长FGM梁在分数阶粘弹性地基上的运动控制微分方程。利用傅立叶和拉普拉斯变换将控制微分方程简化为代数方程,首先在频率域内得到解答,然后利用傅立叶和拉普拉斯逆变换以及卷积定理将解答再转换回时间域内,得到粘弹性地基上FGM梁的挠度、速度、加速度、弯矩和剪力响应的精确解。最后,计算了冲击荷载作用下弹性地基FGM梁的动态响应,给出了x =0处梁的垂直速度和弯矩的响应曲线,其形状特征和均匀材料梁相同,且材料梯度指标p对结果的影响较小。     

功能梯度材料板断裂分析

为深入理解功能梯度材料的断裂行为,研究了机械载荷下任意机械属性功能梯度材料板裂纹尖端特性,根据叠加方法,把应力场转化为裂纹表面载荷,采用基于非均匀单元的有限元方法计算并分析了机械载荷下功能梯度板裂纹尖端特性,针对含有中心裂纹功能梯度材料板,考察了应力强度因子的变化规律.研究结果表明,功能梯度材料结构的几何参数及材料属性对裂纹尖端无量纲应力强度因子的变化规律具有显著影响.     

FGM斜板的振动特性分析

对FGM斜板,通过坐标转换,在斜坐标系下建立了FGM斜板的横向振动微分方程。用微分求积法研究了四边简支和对边固支对边简支FGM斜板的自由振动特性,给出了不同角度和不同边长比下一阶固有频率与梯度指标之间的变化曲线,以及四边简支FGM斜板角度对固有频率的影响。     

直流电场对岩心润湿性的影响研究

采用 Amoutt法详细分析研究了在外加电场作用下储层岩石润湿性的变化情况 ,并在此基础上进一步考查了电位梯度、电场作用时间和电场作用方向等电场参数对储层岩石润湿性的影响及其变化规律 .研究结果表明 :在外加直流电场作用下 ,可使储层岩石润湿性向亲水方向转化 ,电场方向对润湿性的改变方向和变化程度影响不大 ,但电位梯度和加电时间对润湿性的改变有很大影响 ,随着电位梯度和加电时间增加 ,储层岩石润湿性逐渐向强亲水方向转化 .同时 ,在外电场作用下使储层岩石孔隙孔道的连通性增强 ,油水流动阻力降低、相对渗透率和水驱油效率及原油采收率提高 .     

Optimization of axial symmetrical FGM under the transient-state temperate field

A numerical procedure for analyzing the temperature distribution in a hollow axisymmetric cylinder, made of functionally gradient material (FGM), was investigated. Based on the thermal elasticity theory and the arbitrary difference precise integration (ADPI) method, temperature distribution through the FGM cylinder in the ring section under a transient-state temperature field was developed and presented. A genetic algorithm (GA) was applied to the thermal stress optimal design of an FGM hollow cylinder, and as a result, the minimum thermal stress distribution in the FGM cylinder was obtained. A corresponding numerical procedure regarding to a ceramic-metal FGM cylinder was performed, and the computational results were discussed.     

梯度功能材料在烧蚀条件下温度场的数值模拟

建立了功能梯度材料在烧蚀条件下传热的物理模型和数学模型,利用弹性网格的方法对移动边界的温度场进行了分析。最后对碳／陶瓷梯度功能材料进行了计算。