智能材料基于状态空间法的动力问题研究
[Abstract]:In the period of rapid development of science and technology, the properties of materials have been developed from traditional only carrying capacity to multifunctional and intelligent. Piezoelectric smart materials have shown good application prospects in various fields. In civil engineering, piezoelectric intelligent materials play a great role in structure monitoring, control, intelligent regulation and so on. Among many structures, laminated members composed of piezoelectric smart materials are the most common structural forms, and the study of their mechanical properties, especially dynamic problems, is also very important for designers. In this paper, the dynamic problems of single layer beam with elastic material, single layer beam with elastic piezoelectric material and laminated beam with elastic piezoelectric material are studied. For piezoelectric intelligent materials, based on the basic equations and constitutive equations of the elastic mechanics of piezoelectric materials, the state space method is introduced, and the equation of state variables of piezoelectric materials is derived without regard to the physical force, bulk charge and body current. Then the exact solution of the free vibration frequency of the simple supported piezoelectric single layer beam is obtained by combining the boundary conditions, and the exact solution of the free vibration frequency of the simple supported piezoelectric laminated beam is derived. This method is suitable for both single-layer beam and laminated beam, and is not limited by thickness, so it is widely used in the solution of laminated members. This solution is simple, accurate and easy to use. At last, Matlab software is used to numerically calculate the single layer beam of general elastic material, the laminated beam of general elastic material, the single layer beam of elastic piezoelectric material and the laminated beam of elastic piezoelectric material with different ratio of span to height. The solutions of mechanical and electrical physical quantities and free vibration frequency are obtained and compared with the simulation results of finite element software ANSYS. From the comparison of the results, it can be found that the results obtained by the two methods are very similar to those of different materials, whether they are single-layer beams or laminated beams. In the case of different aspect ratio, the error between the method and the FEM simulation results is also within the allowable range. It can be seen that the method of studying intelligent structure based on state space theory is very accurate for single-layer beam and laminated beam with different materials, and this method is more suitable for laminated structure and computer programming.
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB381
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本文编号:2357234
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