探究功能梯度压电梁的多场耦合特性分析

《探究功能梯度压电梁的多场耦合特性分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、北京交通大学硕士学位论文功能梯度压电梁的多场耦合特性分析姓名：徐欣申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：石志飞20080501中文摘要摘要：压电材料是目前智能结构系统研究中应用最多的一种传感和驱动材料，应用前景广阔，研究成果丰富。为了实现大功率化，实现高效率、高可靠性，需要进一步研究新的压电材料及结构，得到更大的升压比和更高的转化效率。工程中目前使用的压电元件多为多层结构，如压电双晶片、Rainbow及压电堆等就是为了得到较大的驱动力而产生的。但元件中某些成分和性质的突变常常会导致结构中出现局部的应力失配现象，其后果是粘结层在低温时容易开裂，在高温

2、时又容易产生蠕变，这大大降低了元件的可靠度，并限制了它们在中程中的应用范围。为解决此问题，人们提出了以“梯度功能压电材料”代替“压电材料"，并取得了较理想的成果。梯度功能压电材料在工程应用中有许多新的问题需要解决，本论文旨在研究压电热弹性悬臂梁的多场耦合特性，即寻求在热、电等荷载输入下梁中的多场解答。论文主要内容包括：(1)采用逆解法给出了双层压悬臂梁在电场和温度场共同作用下的理论解，并进行了数值分析；(2)采用逆解法给出了多层压悬臂梁在电场和温度场共同作用下的理论解，并进行了数值分析：(3)基于压电弹性理论，给出了功能梯度压电悬臂梁在电场和温度场共同

3、作用下的精确解，并进行了数值分析。考虑到压电参数＆，是表征压电材料力．电耦合效应的最主要的物理参数，因而在本文的研究中主要考虑了三个材料参数(即压电参数岛，、热应变“和热传导系数颤，)对耦合场的影响，也就是说，在求解过程中，不同压电层中只有上述三个材料参数是独立变化的，而各层中其它材料参数均假设不变。利用本文得到的解析解，可以方便地确定在几种典型荷载单独或联合作用下，悬臂梁的基本解。关键词：梯度功能材料；压电材料；热弹性；解析解。分类号：ABSTRACTABS’I’RAC’I’：Piezoelectricmaterialshavebeenwidelyu

4、tilizedinSenSOl葛oractuatorsandresearchedinsmartstructures．Inordertoachievehighcontrolforces，highefficiencyandhigllreliability,peopleneedtofurtherstudythenewpiezoelectricmaterialsandstructures．Therefore，multilayeredpiezoelectricdevicesaredesigned．However,inthesedevicesthebondingl

5、ayermaycrackatlowtemperatureorpeeloffathiglltemperature，whichwillreducethelifetimeandreliabilityofpiezoelectricdevices．Inordertosolvethisproblem，thesepiezoelectricdevicesaregraduallydesignedwithone-ortwo—dimensionalgradients．Thatis．peoplesuggestthat‘‘PiezoelectricMaterial’’isrep

6、lacedwith“FunctionallyGradientPiezoelectricMaterial”，andhasachievedbetterresults．，Alotofnewproblemsmustbesolvedforfunctionallygradientpiezoelectricmaterialswhichcallbeusedinengineering．Inthispaper,thepiezothermoelasticcantileverssubjectedtodifferentcoupledloadingsarestudiedbased

7、onthetheoryofelasticity．Thatis，seekingthesolutionsthatcantileverssubjectedtothermalorelectricloadings．Thepr笆entworksinclude：(1)ananalyticsolutionforthebi·morphpiezothermoelasticcantileverisobtainedwiththetheoryofelastic，andverifythenumericalsolution；(2)allanalyticsolutionforatyp

8、icalmultilayeredstructuresisobtained、析tIlthethe