定向應力波壓電驅動器的有限元仿真與實驗研究.pdf

1、本文的目標是對應用于主動結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的定向應力波驅動器作初步研究。主動結構健康監(jiān)測系統(tǒng)(Active Structural Health Monitoring System，簡稱ASHMS)是一種新興技術，由激勵信號技術、傳感技術、信號處理技術、識別與診斷技術構成，可以完成對結構的在線和實時監(jiān)測，按照檢測者的主觀要求靈活地對結構進行檢測、及時發(fā)現(xiàn)損傷進而評估結構的健康狀況。在ASHMS中，引入定向應力波是實現(xiàn)結構損傷精確定位的一個有

2、效途徑。定向應力波使得振動能量集中在設定的目標區(qū)域內傳播，因此提高了能量的有效利用率，并且降低了傳感器信號的復雜程度，提高了信噪比?；谡迟N式PZT驅動元件和壓電AFC驅動元件，本文對定向應力波驅動器進行了數值模擬與實驗研究。 壓電理論是壓電材料應用及壓電元件開發(fā)的基礎。本文首先介紹了壓電效應的基礎知識和理論；論述了有限單元法在壓電復合材料分析中的基本理論和方法，及利用有限元進行模擬的一般步驟。 然后，基于有限元軟件AN

3、SYS，本文對PZT驅動片進行了模態(tài)分析，得出PZT驅動片定向諧振頻率隨尺寸變化的規(guī)律；對PZT驅動片與宿主結構的整體進行諧響應分析，得出定向激勵頻率隨PZT驅動片尺寸、宿主結構尺寸、材料等變化的規(guī)律。 再次，建立壓電AFC驅動元件的模型，對其進行了靜力分析，重點分析了影響復合材料性能的幾個因素：壓電纖維直徑、分支電極間距、分支電極面的寬度、壓電相和聚合物相的體積比，以及兩相材料的幾個物理量，如彈性模量、泊松比、介電常數等。得出