单点配置压电层合结构的优化设计

基于压电层合结构的有限元方程,采用ANSYS的二维四结点四边形压电耦合单元,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电多场有限元优化分析程序(MPFEMP);采用子问题逼近优化和一阶优化算法,对压电片粘贴于结构表面和埋置于结构内部的两类智能梁进行了对比分析,得到了压电片位置和尺寸变化情况下的各种边界条件下的结构最大变形值;比较分析得出的一些结论,对多层智能结构的最优设计和最优形状控制具有一定的参考价值。     

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．     

压电智能传感器力学模型的建立及数值模拟

以单片压电陶瓷(如锆钛酸铅,简称PZT)晶体、粘贴式和埋入式压电传感器为研究对象,从压电本构方程和结构动力学的振动原理出发,采用集总质量法推导出PZT传感器正压电效应的电荷表达式及等效刚度表达式,建立粘贴式和埋入式PZT传感器的简化力学模型,得到考虑多参数影响的电荷表达式.考虑黏结胶层阻尼吸收能量的作用,建立了胶层阻尼效应影响的传感模型,并求得压电传感器的电压表达式.数值模拟结果表明:在PZT传感模型中,利用压电方程和振动方程联合求解可以快速得到PZT的传感信号,而且PZT片的电压输出特性与作用力的大小及黏结胶层有关.通过测量和分析PZT传感器输出电信号峰值与频率的变化,并与数值分析结果进行对比,证明了运用所建立的传感模型能够有效地模拟检测PZT的正压电规律.     

压电智能板振动主动控制有限元模拟

文章由线弹性压电层合结构有限元动力方程,进一步推导了压电智能结构的主动控制方程;采用三维八节点实体耦合单元模拟压电致动器/传感器,运用ANSYS参数化语言(APDL)建立了压电智能板结构的有限元模型,并进行模态分析,将系统耦合有限元动力方程转化为模态坐标下的系统状态空间方程;考虑了离散分布式压电致动器/传感器对于主结构...     

粘贴式压电陶瓷作动器主动控制研究

该文对粘贴式压电陶瓷作动器进行了建模,导出了考虑胶层影响的压电陶瓷晶体片与被粘贴结构的力、电关系式。使用粘贴式压电陶瓷作动器,对一段细长梁中的行波传播的主动控制方法进行了理论分析。为了验证压电陶瓷作动器的控制性能,进行了相应的主动控制试验,试验结果表明在104～305Hz频段上达到了平均减小50％的扰动行波幅值的控制效果。     

基于标准粒子群优化算法的压电片位置与尺寸优化

悬臂梁式压电振动能量回收装置上压电片的粘贴位置和尺寸是影响回收电能的重要因素。提出了采用标准粒子群算法对压电片粘贴位置和尺寸进行同时优化的方法。首先推导了悬臂梁能量回收装置的能量方程;然后以能量方程为目标函数、运用标准粒子群优化算法获得了前三阶模态下压电片粘贴位置和尺寸优化结果;最后运用Abaqus软件计算得到前三阶模态下压电振动能量回收装置的固有频率和点电压,并由能量方程计算得到开路能量,根据点电压和开路能量分析得到了压电片最优位置和尺寸。运用标准粒子群算法获得的压电片位置和尺寸优化结果与仿真分析结果基本吻合:一阶模态下,压电片最优贴片位置在梁根部,最优尺寸约为梁长一半;二阶模态下,最优贴片位置在梁中部,最优尺寸约为梁长一半;三阶模态下,最优贴片位置在梁的三分之二处,最优尺寸约为梁长的三分之一。     

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.     

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。     

智能机械结构的拉伸-弯曲模型

利用虚功原理,建立了一种智能机械结构单面粘贴有压电致动器的梁结构的拉伸弯曲耦合模型,在分析过程中,考虑了梁与致动器之间粘贴层的影响·通过分析可得,粘贴层剪切应力的分布与致动器端部附近的应变分布有相似的特征·随着粘贴层的剪切模量的增加或其厚度的减小,则剪切力在靠近压电致动器端部区域迅速增大·     

压电智能材料在悬臂梁结构振动控制中的应用

研究压电材料在柔性悬臂梁结构振动控制中的应用,采用压电有限元方法对压电智能梁的响应进行了数值模拟,在考虑压电片与悬臂梁之间相互耦合作用的基础上,通过有限元软件ABAQUS数值模拟获得压电智能梁在简谐荷载下的响应,并与有关试验结果进行对比来修正压电应变常数及介电常数等参数.通过数值算例对地震荷载作用下压电梁的振动响应进行了数值模拟,结果表明,压电材料对柔性结构的振动控制效果显著,最大控制效率能达到45%左右.