壓電微懸臂梁智能結構的數(shù)學有限元分析.pdf

1、壓電微懸臂梁是一種集體積小、成本低、靈敏度高、結構簡單以及易于集成等眾多優(yōu)點于一身的微型器件。目前它廣泛應用于化學、生物和環(huán)境監(jiān)測等眾多領域。之所以利用微壓電懸臂梁的動態(tài)模式進行檢測，是因為其具有頻率變化快，靈敏度高，動態(tài)范圍寬的優(yōu)點。利用微壓電懸臂梁的動態(tài)模式可以對某些氣體、液體成分進行分析，這已然成為國內外進行研究的熱點。雖然微壓電懸臂梁的應用具有廣闊的前景，但是關于微懸臂梁各種性能參數(shù)對它的靈敏度的影響，尚未進行系統(tǒng)性的分析研究。

2、本文以微壓電懸臂梁智能結構的數(shù)學有限元分析為研究課題，在綜述有限元理論和壓電微懸臂梁理論的基礎上，通過有限元方法，使用有限元分析軟件，對微壓電懸臂梁進行模擬仿真，并且對其模態(tài)分析結果進行驗證。主要研究內容包括：
　?。?）兩種方式對壓電微懸臂梁進行模態(tài)分析，其一，通過數(shù)學有限元方法推導，數(shù)值計算求得其理論解；其二，通過軟件模擬仿真，得到其實驗解。取其前十階模態(tài)，觀察其陣型，并驗證理論解與實驗解之間的偏差。
　　（2）結合固體

3、物理學知識及數(shù)學有限元方法建立數(shù)學分析模型，運用大型有限元分析軟件，對微懸臂梁進行模擬仿真。研究討論各個參數(shù)如電極層、壓電層、二氧化硅層、基底層材料屬性、彈性常數(shù)及厚度對壓電微懸臂梁諧振頻率的影響。
　?。?）結合理論知識力一電藕合問題的數(shù)理基礎，分析各個參數(shù)如電極層材料、壓電層材料、基底層材料、與二氧化硅層材料對壓電微懸臂梁傳感靈敏度的影響。
　　研究表明，材料厚度、材料屬性、彈性常數(shù)均對壓電微懸臂梁諧振頻率有明顯影響。同