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)代科學技術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、驅動于一體的材料，不僅可以感知外部信息，而且能夠自我應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和良好的可操作性，應用在航天、船舶、導彈、汽車、醫(yī)療機械、地質勘探等多種不同的領域。另外，在當前的一些大壩、橋梁以及一些復雜的建筑的構造上，直梁已經

2、不能滿足現(xiàn)代設計要求的精度了，所以關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構的構建以及有限元數(shù)值分析做了進一步的研究與分析。
　　首先，本文對壓電材料的特點及應用做了介紹，同時，對壓電結構的形狀控制和剪切系數(shù)的研究進展做了綜述。
　　其次，由于曲梁應用比較普遍，對于曲梁結構的計算精度要求也就比較高。而以前在分析曲梁結構時，多數(shù)采用剪切系數(shù)為1.2進行計算，通過研究對比，我們得出常用剪切系數(shù)1.2的計算結果

3、與實際結果存在較大誤差。本文在分析影響曲梁剪切系數(shù)因素的基礎上，推導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果進行了對比，顯示了采用本文剪切系數(shù)計算方法得到的結果較為準確。
　　再次，本文基于曲梁、曲殼的單元模型及壓電材料的本構方程，構成了3節(jié)點壓電曲梁單元和9節(jié)點的曲殼單元的組合結構，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時計算結果在多個模型中的對比分析，進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、曲殼組合結構的靜態(tài)形狀控制。利用最小二乘法求出結構的最優(yōu)電壓分布，然后根據施加外荷載時的變形結果與施加最優(yōu)電壓后的變形結果，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變形分別進行了靜態(tài)形狀控制分析，最終驗證了本文模型的精