智能材料BY1505168姜南压电层分析.docx

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1、智能结构与主动控制大作业学院名称航空科学与工程学院专业名称固体力学学生姓名樊维超学号SY15051102016年1月1题目叙述如下图所示的复合材料梁，其几何参数为压电层厚度为ha=0.5mm，本体结构层厚度为hs=1.0mm，其长度l=100mm，施加的电压值为U=100V。所用的材料的力学和电学性能参数如下表所示。用Ansys计算复合材料梁中的位移分布和应力分布。3图1复合材料梁c11(GPa)C12(GPa)c13(GPa)C33(GPa)c44(GPa)c66(GPa)e13(m/V)e11(m/V)ε11(e-12C2/

2、Nm2)压电材料PZT-7A157.787.787.7157.729.429.4-2.39.58234本体结构94.240.440.494.226.926.9///2ANSYS计算2.1操作步骤（1）选择单元复合材料压电层选择SOLID5单元，本体结构选择SOLID185单元。（2）定义材料属性压电层分别定义密度、刚度矩阵、压电应力矩阵、介电常数矩阵。本体结构分别定义密度、刚度矩阵。（3）建立模型复合材料梁由三个长方体组成，分别建立模型，宽度设为0.002m，模型如图2所示。图2建立模型将三个长方体粘连在一起（4）赋予材料属性将

3、压电层赋予材料属性1，将本体结构赋予材料属性2。（5）划分网格对模型划分网格（6）施加约束由于左端位移、转角均为0，施加全约束（7）施加电压分别对梁上表面和下表面施加电压100V，压电层另外一侧电压为零。（8）求解进行求解操作。（9）后处理后处理过程主要为对计算结果的表示与分析，详见下一节。2.2计算结果（1）挠度变化图复合材料梁挠度变化图如图3所示。图3挠度变化图（2）挠度变化云图复合材料梁挠度变化云图如图4所示。图4挠度变化云图（3）电压变化云图复合材料梁电压变化云图如图5、6所示。图5电压变化云图1图6电压变化云图2（4）

4、挠度曲线图通过定义路径绘制z方向挠度变化图，沿x方向定义路径如图7所示。路径通过节点在变形后梁上定义，显示路径为变形前路径位置，命名为“1”。图7沿x方向定义路径挠度曲线图如图8所示。图8挠度曲线图（5）x=0.1m处电势分布图在x=0.1m处沿z方向通过节点定义路径，如图9所示。路径通过节点在变形后梁上定义，显示路径为变形前路径位置，命名为“2”。图9在x=0.1m处沿z方向定义路径图10x=0.1m处电势分布图（6）x=0.1m处x方向拉伸长度沿z方向分布图用路径2绘制x方向拉伸长度沿z方向分布图，如图11所示。图11x=0

5、.1m处x方向拉伸长度沿z方向分布图