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《合肥工业大学》 2009年
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智能材料结构的多场耦合问题的基本理论及其应用

关群  
【摘要】: 压电、压磁材料作为传感器和激励器与结构集成在一起,组成一个智能的材料系统,或称为压电、压磁复合材料。研究这一类智能结构的首要工作是建立起能够准确反映压电、压磁传感器和激励器与主体结构之间相互作用的分析模型,这种分析模型既要能够从整体上反映压电智能结构中力电耦合相互作用的内在联系,又要便于运用必要的数学工具进行分析和计算。根据模型适用的研究范围,压电、压磁智能结构的分析模型可分为静态模型和动态模型;根据模型中对弹性场、电场和磁场采用的不同假设,又可划分为精确的理论分析模型、简化模型或者称为低阶分析模型(弹性场、电场和磁场简化为一阶的线性分布)和高阶分析模型。在分析和比较已有压电、压磁材料与智能结构的分析模型时,从压电、压磁器件与结构之间的连接来看,通常有嵌入式和表面粘贴两种方式。但是,这些简化的模型,通常采用了线性或者高阶的位移和电势分布假设,忽略或部分忽略了局部变形的非均匀性,因而不能反映压电、压磁器件与结构结合部的局部应力和局部电场。另外,压电、压磁材料的本构方程中包含了弹性、压电、压磁、介电和磁通率等三套材料常数,使问题的复杂性体现在各场的耦合上。为了能正确描述由三维理论揭示的各种力、电、磁特性,本文提出了一个高阶理论模型,该模型放弃了现有的所有的解析模型采用的几个过于简化的假设,即忽略横向正应变和电势沿横向线性分布等,基于三维线性弹性理论,采用状态空间法、Laplace变换、Hankel变换和级数展开等方法,系统地分析压电、压磁复合材料结构的静态和动态特性。 论文突破传统对智能材料的磁、电及机械等微观与聚集观物理性能的局部了解,将压电与压磁材料整合为一系统,进而研究其力学分析模式和理论架构。1)通过引入势函数来研究压电、压磁弹性体在直角坐标系下和在柱坐标系下的空间问题的通解。2)通过利用Almansi定理导出压电、压磁复合材料平面问题的通解,将通解简化为由四个“调和函数”来表示所有的物理量,形式简单,便于应用。3)利用状态空间方法,建立了空间轴对称问题的状态变量方程,然后利用Hankel变换将状态变量方程转换为一组常微分方程,得到了Hankel变换空间中的解,再通过Caylay-Hamilton原理和传递矩阵方法推出压电、压磁复合材料层合结构的状态变量解。4)通过Hankel变换技术,研究压电、压磁复合材料层合结构自由振动的精确解以及压电、压磁复合材料空间球对称结构在外激励作用下的动力稳态解,从而为压电、压磁复合材料的智能控制问题提供良好的理论依据。 以上问题的研究旨在探索压电、压磁复合材料智能结构中力-电-磁耦合作用的基本规律,提出分析压电、压磁材料智能结构的一般力学模型和计算方法,其中广泛考虑了板边的各种边界条件。以便较准确地估计该种复合材料组成的结构在各种不同因素作用下的力学行为,为压电、压磁复合材料的智能结构后续研究及其应用研究提供主要的理论基础和分析方法。通过研究发现,压电、压磁复合材料层合结构中的力、电、磁行为特性是非常复杂的,即使是薄压电、压磁结构,其电势、磁势沿厚度方向也不一定是线性分布。 综上所述,本文紧紧抓住压电、压磁材料中力电磁耦合作用的物理本质,探索适合于压电、压磁智能结构的数学物理模型,系统性地:1)对压电和压磁复合材料结构的静态和动态特性;2)对压电和压磁复合材料结构中出现的应力、电场分布和磁场分布;3)对压电和压磁复合材料结构与弹性介质的相互作用以及含固定电极压电和压磁体的Green函数等基本问题进行深入和详细的研究。这些研究无论对于压电、压磁材料与智能结构的基础理论研究,还是对将来压电、压磁材料与智能结构的设计和工业化应用都具有重要的理论意义和实际应用价值。
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB381

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【引证文献】
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1 刘小亮;磁弹索力传感器设计方法及实验研究[D];重庆大学;2011年
2 宋肖晶;压电桁架结构分析与强度控制[D];华南理工大学;2010年
3 王子安;智能材料与工程结构的动力分析[D];合肥工业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 黄彬彬,石志飞,章梓茂;压电材料中Gurtin型变分原理[J];北方交通大学学报;1999年04期
2 代海涛;程伟;李明志;;哈密顿体系下功能梯度压电板/管静动力三维解[J];北京航空航天大学学报;2008年01期
3 杨帆;文玉梅;郑敏;李平;;磁致/压电/磁致层合材料磁电响应分析[J];传感技术学报;2006年06期
4 聂景旭,杜彦良;形状记忆合金在“智能性材料结构”中的应用研究[J];材料导报;1993年01期
5 胡明哲,李强,李银祥,张一玲;磁致伸缩材料的特性及应用研究(Ⅰ)[J];稀有金属材料与工程;2000年06期
6 胡明哲,李强,李银祥,张一玲;磁致伸缩材料的特性及应用研究(Ⅱ)[J];稀有金属材料与工程;2001年01期
7 熊锐;周忠坡;;发展中的磁电材料[J];信息记录材料;2006年06期
8 马治国,闻邦椿,颜云辉;智能结构的若干问题与进展[J];东北大学学报;1998年05期
9 瞿伟廉,李卓球,姜德生,官建国,袁润章;智能材料结构系统在土木工程中的应用[J];地震工程与工程振动;1999年03期
10 陈伟球;梁剑;丁皓江;;压电复合材料矩形厚板弯曲的三维分析[J];复合材料学报;1997年01期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;注射拉伸吹塑模拟及相关技术的研究方法[J];工程塑料应用;2003年12期
2 李岗,熊猛;浅析灰色系统的发展及其展望[J];四川建筑科学研究;2004年01期
3 韩建刚,黄义,暴瑛;多变量小波有限元法在求解中厚板问题中的应用[J];四川建筑科学研究;2004年04期
4 高荣誉;;高耸构筑物厚地基圆板的混合变分解[J];四川建筑科学研究;2005年06期
5 王威;王社良;苏三庆;;土木结构应用SMA进行振动控制存在的难点问题[J];四川建筑科学研究;2009年03期
6 董克;琚逸云;;广播电视大学开放教育学费回归分析[J];安徽广播电视大学学报;2011年02期
7 冷向;关于状态空间方法的一个注记[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1999年03期
8 吴强,盛宏玉;框架结构在状态空间内的地震反应分析[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年03期
9 高荣誉;пастернак地基上横观各向同性叠层厚板的状态空间解[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2000年04期
10 张伟林;计算力学的研究现状与发展前景[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2001年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 裴永茂;;力磁热多场耦合测试技术[A];中国科协第235次青年科学家论坛——极端复杂测试环境下实验力学的挑战与应对[C];2011年
2 周又和;何琴淑;;磁场微传感器的磁力耦合特征定量分析[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
3 王云;徐荣桥;丁皓江;;压电扇形板弯曲的三维精确解[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ卷[C];2001年
4 边祖光;王亚明;陈伟球;;Winkler地基上功能梯度材料矩形厚板的自由振动[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
5 刘华波;王红囡;;结构控制与智能材料[A];第十届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2001年
6 秦荣;秦俊;谢开仲;;智能结构分析的新方法[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
7 洪友士;;郑哲敏先生的主要经历与成就——祝贺郑哲敏先生八十华诞[A];祝贺郑哲敏先生八十华诞应用力学报告会——应用力学进展论文集[C];2004年
8 朱小鹏;梁伟;麦汉超;;电磁复合材料层合板自由振动的三维解[A];北京力学会第11届学术年会论文摘要集[C];2005年
9 盛宏玉;;复合材料叠层板的有阻尼受迫振动分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
10 王省哲;;多场耦合问题的定量分析与耦合行为研究[A];2006年全国固体力学青年学者研讨会论文摘要文集[C];2006年
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1 郭庆勇;非保守系统Fourier卷积型拟变分原理研究及应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 周平;柔体动力学初值问题拟变分原理及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 杨敬源;井壁稳定性若干力学问题的研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
6 梁轶瑞;铁磁类材料若干多场耦合行为的实验研究[D];兰州大学;2010年
7 雷金;洛仑兹平面电机的结构动态特性研究[D];华中科技大学;2010年
8 易煦农;人工电磁材料的光学特性及应用研究[D];华中科技大学;2010年
9 毕建聪;铟铁铜掺杂铌酸锂晶体的制备及结构与光折变性能研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
10 张春利;多铁性结构简化分析体系及其应用[D];浙江大学;2011年
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1 张科;薄膜/基体系统三维压痕实验力学模型研究[D];郑州大学;2010年
2 徐广涛;二维压电/电磁介质混合广义不连续位移—基本解方法[D];郑州大学;2010年
3 刘志慧;钢夹层板船体结构强度分析方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 张春懋;齿啮式输出谐波传动柔轮变形函数与齿形研究[D];大连理工大学;2010年
5 刘小顺;压电智能结构的有限元仿真与实验研究[D];大连理工大学;2010年
6 孙海鹤;复合材料加筋板压缩失效研究[D];大连理工大学;2010年
7 胡培;切削过程中工件材料绝热剪切敏感性研究[D];大连理工大学;2010年
8 殷旺;外场作用下多畴PZT铁电薄膜相变及印记失效分析[D];湘潭大学;2010年
9 卢雪梅;具有不连续NiTi SMA薄膜复合材料的制备及性能研究[D];天津理工大学;2010年
10 尹磊;薄壁箱形截面桥梁弯扭分析[D];河北工程大学;2010年
【同被引文献】
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1 余景平,沈鹏程,路观平,沈小璞;状态空间法分析结构的动态响应[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);1995年02期
2 杨多和;安伟光;王滨生;苗晗;;具有多随机参数的压电桁架结构可靠性的初探[J];兵工学报;2006年02期
3 靳洪允;压电材料的结构及其性能研究[J];山东陶瓷;2005年04期
4 周雪芳;许建凤;梁磊;;光纤光栅索力传感器的设计与分析[J];传感技术学报;2007年05期
5 唐德东;黄尚廉;姜建山;陈伟民;;基于磁弹效应的温度补偿型单旁路励磁索力传感器研究[J];传感技术学报;2007年06期
6 刘小亮;陈伟民;刘琳;章鹏;罗伟;任林娇;;套筒式磁弹索力传感器设计研究[J];传感技术学报;2010年10期
7 徐洪强,陈花玲;叉指式微加速度计静电-机械耦合场分析[J];传感器技术;2004年07期
8 唐德东;黄尚廉;陈伟民;;基于磁弹效应的斜拉桥索力传感器研究[J];传感器与微系统;2006年10期
9 吴明芳;唐德东;程岷沙;;差动式磁弹型索力传感器的磁路设计与分析[J];传感器与微系统;2008年06期
10 刘小亮;陈伟民;刘琳;章鹏;罗伟;;钢缆索材料磁弹效应的材料特性实验研究[J];传感器与微系统;2011年03期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张晓敏;强热沉积下热力耦合问题研究[D];重庆大学;2006年
2 唐德东;基于磁弹效应的钢缆索索力在线监测关键技术探索[D];重庆大学;2007年
3 王从思;天线机电热多场耦合理论与综合分析方法研究[D];西安电子科技大学;2007年
4 宋少云;多场耦合问题的协同求解方法研究与应用[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 许河川;基于形状优化的多级优化设计的研究[D];南京航空航天大学;2004年
2 陶玲;智能材料球对称问题的振动分析[D];合肥工业大学;2007年
3 王亚幂;多场耦合系统设计技术与应用研究[D];华中科技大学;2006年
4 昝会萍;磁性材料退磁场理论的研究[D];西安建筑科技大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈伟球;丁皓江;;EXACT STATIC ANALYSIS OF A ROTATING PIEZOELECTRIC SPHERICAL SHELL[J];Acta Mechanica Sinica;1998年03期
2 蔡金标;陈伟球;叶贵如;丁皓江;;NATURAL FREQUENCIES OF SUBMERGED PIEZOCERAMIC HOLLOW SPHERES[J];Acta Mechanica Sinica;2000年01期
3 吴大方,刘安成,麦汉超,房元鹏;压电智能柔性梁振动主动控制研究[J];北京航空航天大学学报;2004年02期
4 聂景旭,杜彦良;形状记忆合金在“智能性材料结构”中的应用研究[J];材料导报;1993年01期
5 王凤庭,陈騑(马段),杨大智;形状记忆合金研究和应用的现状[J];材料导报;1993年03期
6 赵晓鹏,罗春荣,周本濂;ER流体的应用前景展望[J];材料导报;1993年06期
7 卢安贤,谢佑卿,唐仁正,卢仁伟,赵慕岳;智能玻璃窗研究的现状和展望[J];材料导报;1994年03期
8 顾真安;光电子玻璃的进展[J];材料导报;1994年04期
9 王玉英;纤维光学智能结构和智能蒙皮[J];材料导报;1994年05期
10 官建国,谢洪泉;电流变液及其研究进展[J];材料导报;1995年04期
【相似文献】
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1 洪喜君 ,王静 ,刘玉志;压磁传感器用压磁材料[J];上海钢研;1985年05期
2 孙建亮,周振功,王彪;功能梯度压电压磁材料中断裂问题分析[J];力学学报;2005年01期
3 关群,何顺荣;压电、压磁弹性体平面问题的通解[J];上海交通大学学报;2004年08期
4 聂国权;刘金喜;安子军;;压电/压磁双材料板中弹性波的传播特性[J];工程力学;2010年02期
5 薛雁;刘金喜;;反平面剪切状态下压电-压磁夹层结构的圣维南端部效应[J];固体力学学报;2010年04期
6 李全禄;李晓娟;解妙霞;郝淑娟;杨桂考;周九茹;张晴;梁盛德;;多功能铁氧体和磁流变液结合的新型声学与振动控制器件[J];功能材料;2006年05期
7 朱小鹏;梁伟;麦汉超;;电磁复合材料层合板自由振动的三维解[J];复合材料学报;2005年06期
8 蔡春芳;李全禄;;磁电复合材料的制备和理论分析[J];应用声学;2009年06期
9 胡明哲,李强,李银祥,张一玲;磁致伸缩材料的特性及应用研究(Ⅱ)[J];稀有金属材料与工程;2001年01期
10 关群,何顺荣;压电、压磁耦合弹性介质圆板的自由振动[J];哈尔滨工业大学学报;2005年03期
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1 吴林志;马力;周振功;;功能梯度压电/压磁材料的断裂力学[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
2 吴斌;禹建功;;压磁压电功能梯度板中的波[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
3 庞玉;刘金喜;汪越胜;;压电-压磁层状半空间中Lamb的传播[A];北京力学会第13届学术年会论文集[C];2007年
4 刘金喜;赵晓芳;苏爱嘉;房学谦;;压电-压磁层状半空间中SH表面波的传播特性[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
5 聂国权;刘金喜;;非理想界面压电/压磁双材料板中弹性波的传播[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
6 庞玉;汪越胜;刘金喜;方岱宁;;压电/压磁周期层状复合结构频带特征的研究[A];第三届全国压电和声波理论及器件技术研讨会论文集[C];2008年
7 李宗珠;张禄洲;常勇;;核子称重装置在定量装载系统中的开发与应用[A];第六次全国煤炭工业科学技术大会文集[C];2005年
8 郑鸿;杨成韬;;双层磁电复合材料有限元仿真[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
9 梁盛德;李全禄;张晴;马晴;齐满达;;声电转换材料的研究进展[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年
10 侯鹏飞;丁皓江;;含一个椭圆夹杂的磁电弹无限体的轴对称解[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
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1 曲磊;多场耦合电磁弹性体的基本理论与计算方法研究[D];合肥工业大学;2011年
2 张春利;多铁性结构简化分析体系及其应用[D];浙江大学;2011年
3 陈江义;弹性波在电磁弹性多层结构中的传播特性研究[D];西安交通大学;2007年
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1 齐敏;磁电弹双材料中螺位错与界面边裂纹的相互作用[D];石家庄铁道学院;2005年
2 赵晓芳;层状压电—压磁复合材料中SH波的传播[D];石家庄铁道学院;2007年
3 毛慧娜;磁电多铁性复合材料的动态响应及破坏的有限元分析[D];浙江大学;2012年
4 程昆煜;双介质磁电弹性材料中的界面波分析[D];华中科技大学;2013年
5 夏龙;层状磁电器件的振动研究与有限元分析[D];宁波大学;2013年
6 钱治宏;多铁性复合材料耦合模型及有限元分析[D];浙江大学;2011年
7 苟小军;磁-电-弹性层状复合材料多耦合场力学行为的研究[D];兰州大学;2013年
8 苑雷雷;多涂层电磁弹性复合材料有效性能的研究[D];燕山大学;2013年
9 侯红丽;界面层对电磁弹性复合材料性能的影响[D];燕山大学;2010年
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