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智能材料与工程结构的动力分析

王子安  
【摘要】: 智能材料就是指具有感知环境(包括内环境和外环境)刺激,对之进行分析、处理、判断,并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。近年来,随着科学技术的发展,以压电材料及压电、压磁复合材料为代表的智能材料,已在一些重要工程结构,如桥梁、水坝、河堤、建筑等的结构健康监测,振动、噪声、形状控制及损伤自愈合等方面展现良好的应用前景,故对其的动力学研究已成为必要。 本文从一般弹性材料平面动力问题开始研究,引入状态空间理论,利用弹性力学的基本方程推导出了一般弹性体平面动力问题的状态变量方程,得到状态变量空间解。在此基础上,又进行了研究压电材料和压电、压磁材料在直角坐标系下,不计体力、体电荷和体电流的情况下,由基本方程导出了压电材料和压电、压磁材料平面动力问题的状态变量方程,再结合边界条件,得到了与其有关的应力、应变、位移、电位移、电场强度、电位势、磁感强度、磁位势及自由振动最低阶频率各未知量的状态空间解,此解形式简单、精确,便于应用。 最后利用软件Matlab分别对一般弹性材料、压电材料及压电、压磁材料的简支梁的相关物理量进行计算,并对所得的结果进行对比分析。其中选取的一般弹性材料为碳素钢;压电材料为BaTiO3;压电压磁材料为BaTiO3-CoFe2O4。


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