功能梯度压电层合复合材料圆柱壳体表面局部分层非线性屈曲

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1、上海交通大学硕士学位论文功能梯度压电层合复合材料圆柱壳体表面局部分层非线性屈曲硕士研究生：张薇学号：1110109077导师：王熙教授申请学位：工学硕士学科：固体力学所在单位：船舶海洋与建筑工程学院答辩日期：2013年6月授予学位单位：上海交通大学万方数据DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterNONLINEARDELAMINATEDBUCKLINGNEARTHESURFACEOFFUNCTIONALLYGRADED-PIEZOELECTRICLAMI

2、NATEDSHELLSUNDERTHERMALANDELECTRICALLOADSCandidate：WeiZhangStudentID:1110109077Supervisor：Prof.XiWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsSchoolofNavalArchitecture,Affiliation：Ocean&CivilEngineeringDateofDefence：June,2013Degree-Conferring-Instit

3、ution：ShanghaiJiaoTongUniversity万方数据万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文功能梯度压电层合复合材料圆柱壳体表面局部分层非线性屈曲摘要功能梯度压电材料既具有功能梯度材料的特性，又可以通过压电层实现感应和控制，在航空航天、传感器和主动控制等方面有很好的应用价值。由于制造工艺的缺陷或者使用过程中受到冲击，功能梯度压电层合复合材料内部不可避免的会出现损伤。分层是较为普遍和严重的损伤行为。当功能梯度压电层合复合材料圆柱壳体整体结构受到的荷载达到临界值时，表面分层会引起壳体的局部屈曲甚至扩展，使壳体的强度和刚度明显

4、下降，进而引起结构的整体破坏。本文在前人研究的基础上，考虑温度变化对材料性质的影响，应用层合板壳理论和最小势能原理，推导出功能梯度压电材料层合圆柱壳体的总势能表达式和屈曲控制方程，研究了在温度荷载和电场作用下，轴向受压的功能梯度压电层合圆柱壳体表面子层发生屈曲的临界应变。为更好的反映工程实际，在分析子层壳屈曲时，考虑了面内横向位移。计算结果表明，功能梯度压电材料层合壳体母层壳的铺层形式和中面半径、子层壳的形状和方位角、电场强度和温度变化对屈曲临界应变有明显的影响，母层壳径厚比增大、温度变化增大或径向电场强度减小，会使子层壳压缩屈曲变得更加困难。然后

5、研究了功能梯度压电对称铺层闭合圆柱壳体表面椭圆形和三角形局部I万方数据上海交通大学硕士学位论文分层扩展的能量释放率问题，给出了分层扩展可能的发展方向。子层发生屈曲扩展后，壳体的承载能力下降，通过求解在没有子层分层时，轴向受压功能梯度压电层合复合材料圆柱壳体失稳的临界力，对比可以得出子层分层对壳体稳定性的影响。关键词：功能梯度压电材料，层合复合材料圆柱壳体，局部分层屈曲，温度荷载，电场强度，临界应变II万方数据上海交通大学硕士学位论文NONLINEARDELAMINATEDBUCKLINGNEARTHESURFACEOFFUCTIONALLYGRAD

6、ED-PIEZOELECTRICLAMINATEDSHELLSUNDERTHERMALANDELECTRICALLOADSABSTRACTFunctionallygradedpiezoelectricmaterialhasbeenappliedmoreandmorewidelyintheindustrysuchasaerospace,sensorandactivecontrolforithasthepropertiesoffunctionallygradedmaterial(FGM)andcanachievesensingandcontrolthr

7、oughthepiezoelectriclayer.Butbecauseofthedefectsinthemanufacturingandthelowenergyimpactsduringtheapplication,inevitablytherewillbeinternaldamage,amongwhich,delaminationisoneoftherelativelymorecommonandseriousforms.Whentheloadofthefunctionallygraded-piezoelectriccylindricalshel

8、lsreachesacertaincriticalvalue,thedelaminationmaybringaboutlo