基于Legendre多项式的双压电层合板三维压电谱元法模拟

发布时间：2018-04-02 08:26

  本文选题：三维压电谱单元　切入点：压电层合板　出处：《应用力学学报》2017年02期

【摘要】：谱单元作为一种高阶单元具有计算效率高和精度高的特点。本文在基于Legendre正交多项式的三维谱单元基础上提出了三维压电谱单元模型,用于压电层合板静力和动力性能模拟研究。压电层合板结构中的位移和电势自由度均离散到三维压电谱单元Gauss-Lobatto-Legendre(GLL)配置节点上,并且未对电势沿压电层厚度方向上的变化做任何假定。通过提高谱单元中沿压电层合板厚度方向上的形函数阶数的方法,来削弱三维谱单元在模拟薄板结构中出现的剪切闭锁现象。为验证单元的计算精度,取双压电层合板结构进行静力和动力行为模拟验证,并将计算结果与现有文献中的其它单元模型及有限元结果进行对比。结果表明,压电谱单元可有效模拟压电层合板的静力和动力行为,且提高谱单元形函数阶数可提高数值模拟精度。
[Abstract]:As a high order element, spectral element has the characteristics of high computational efficiency and high accuracy.In this paper, a three-dimensional piezoelectric spectral element model based on Legendre orthogonal polynomial is proposed, which is used to simulate the static and dynamic properties of piezoelectric laminated plates.The displacement and potential degrees of freedom in piezoelectric laminated structures are discretized to the Gauss-Lobatto-Legendre GLL) nodes of three-dimensional piezoelectric spectrum elements, and no assumptions are made as to the variation of the potential along the piezoelectric layer thickness.By increasing the order of shape function along the direction of the thickness of piezoelectric laminated plate in the spectral element, the shear locking phenomenon of 3D spectral element in the thin plate structure can be weakened by the method of increasing the order of the shape function in the direction of the thickness of the piezoelectric laminated plate.In order to verify the accuracy of the element, the static and dynamic behavior of the bimorph laminated structure is simulated and verified, and the calculated results are compared with other element models and finite element results in the existing literatures.The results show that the piezoelectric spectral element can effectively simulate the static and dynamic behavior of piezoelectric laminated plates, and improve the order of the spectral element shape function to improve the accuracy of numerical simulation.
【作者单位】： 华侨大学土木工程学院;华侨大学福建省结构工程与防灾重点实验室;湖南大学土木工程学院;
【基金】：国家国际科技合作专项项目(2014DFE70230) 国家自然科学基金(51278185)
【分类号】：TB381;TB115

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本文编号：1699560