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压电/磁电层合板的振动分析

陈熹  
【摘要】:磁电层合结构因其独特智能特性,在航天、航空、化工、电动控制,机械系统等领域发挥着不可替代的作用,由磁电材料制作而成的微型智能结构例如传感器、换能器、电动智能开关等设备在工程中经常看到[1]-[3]。磁电材料作为高新智能材料,由它制作而成的智能层合结构还存在着诸多需要研究的问题,尤其是力学上的难题急需解决,其中振动是当前国内外高校、企业等众多单位的讨论热点。层合薄板作为工程中最经常用到的元件,它有着重要的研究意义[4][5],本文的研究对象主要是压电层合薄板以及磁电层合薄板,针对压电、磁电层合结构,对其进行了动力响应分析。文章开始部分对论文的研究目的和意义做了阐述,简要说明了压电、磁电材料的发展历程及研究现状。首先建立四边简支压电层合板几何模型,基于哈密顿原理和瑞利-里兹法,依据压电材料的本构方程,推出层合薄板的动力学方程,利用ANSYS软件对其进行了模态、瞬态分析。讨论了激励电压幅值以及阻尼对薄板横向振动的影响并得出结论:四边简支处承受薄板最大应力,同时绘出了最大应力随时间的变化曲线。最后以磁电层合结构为研究对象,基于磁电材料本构方程,考虑材料的几何非线性,利用哈密顿原理推导出磁场-机械力共同激励下磁电层合板的非线性动力学方程。在对薄板进行非线性振动分析时,主要讨论了薄板的主共振,探讨了不同边界条件下的主共振问题,通过改变磁场幅值、机械力等参数大小来分析这些因素对主共振的影响,最后分析了磁场幅值、机械力、阻尼等因素对层合结构分岔与混沌的影响,绘制出系统的相图、庞加莱图、位移时程曲线等。


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