壓電曲梁的形狀控制及曲梁剪切系數(shù)的計算.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與高精密儀器的不斷發(fā)展，人們對材料尤其是智能材料的要求越來越高。智能材料是一種集傳感、控制、驅(qū)動于一體的材料，不僅可以感知外部信息，而且能夠自我應(yīng)對和處理所遇到的問題。目前，智能材料的種類也非常多，其中本文所研究的就是一種應(yīng)用非常廣泛的壓電智能材料。壓電智能材料以其靈敏的反應(yīng)和良好的可操作性，應(yīng)用在航天、船舶、導(dǎo)彈、汽車、醫(yī)療機械、地質(zhì)勘探等多種不同的領(lǐng)域。另外，在當(dāng)前的一些大壩、橋梁以及一些復(fù)雜的建筑的構(gòu)造上，直梁已經(jīng)

2、不能滿足現(xiàn)代設(shè)計要求的精度了，所以關(guān)于曲梁的研究就是有意義的工作。本文就是針對壓電曲梁與曲殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)建以及有限元數(shù)值分析做了進(jìn)一步的研究與分析。
　　首先，本文對壓電材料的特點及應(yīng)用做了介紹，同時，對壓電結(jié)構(gòu)的形狀控制和剪切系數(shù)的研究進(jìn)展做了綜述。
　　其次，由于曲梁應(yīng)用比較普遍，對于曲梁結(jié)構(gòu)的計算精度要求也就比較高。而以前在分析曲梁結(jié)構(gòu)時，多數(shù)采用剪切系數(shù)為1.2進(jìn)行計算，通過研究對比，我們得出常用剪切系數(shù)1.2的計算結(jié)果

3、與實際結(jié)果存在較大誤差。本文在分析影響曲梁剪切系數(shù)因素的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出一種新的方法來計算曲梁的剪切系數(shù)，并與ANSYS采用塊體單元的計算結(jié)果進(jìn)行了對比，顯示了采用本文剪切系數(shù)計算方法得到的結(jié)果較為準(zhǔn)確。
　　再次，本文基于曲梁、曲殼的單元模型及壓電材料的本構(gòu)方程，構(gòu)成了3節(jié)點壓電曲梁單元和9節(jié)點的曲殼單元的組合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了壓電曲梁單元與曲殼單元的連接，完成了有限元總剛的集成，通過數(shù)值算例分別驗證了曲梁單元和曲殼單元的精度，討論了連

4、接模型以及壓電曲梁計算結(jié)果的正確性。同時，通過本文方法得到的剪切系數(shù)和剪切系數(shù)取1.2時計算結(jié)果在多個模型中的對比分析，進(jìn)一步說明了本文剪切系數(shù)計算的正確性。
　　最后，本文實現(xiàn)了壓電曲梁、曲殼組合結(jié)構(gòu)的靜態(tài)形狀控制。利用最小二乘法求出結(jié)構(gòu)的最優(yōu)電壓分布，然后根據(jù)施加外荷載時的變形結(jié)果與施加最優(yōu)電壓后的變形結(jié)果，繪制出變形擬合曲線與誤差百分比曲線，針對加筋平板與曲板的彎曲與扭轉(zhuǎn)變形分別進(jìn)行了靜態(tài)形狀控制分析，最終驗證了本文模型的精