壓電智能梁基本原理及受力性能研究.pdf

1、壓電智能結(jié)構(gòu)是指在基體結(jié)構(gòu)中使用壓電材料作為傳感和驅(qū)動元件的新型結(jié)構(gòu)，它不僅具有智能結(jié)構(gòu)共同的自感知、自適應(yīng)、自診斷和自修復(fù)的優(yōu)點，而且還具有集傳感和驅(qū)動一體化的優(yōu)越特性，因此其在土木工程領(lǐng)域有著比其他類型智能結(jié)構(gòu)更為廣闊的發(fā)展前景。本文對壓電智能梁的基本原理及受力性能進行了系統(tǒng)的研究，主要研究工作包括：　　第一部分，通過壓電陶瓷驅(qū)動器的驅(qū)動力試驗，對驅(qū)動器的驅(qū)動性能進行了詳細的研究與分析。基于剛架的驅(qū)動力試驗，對壓電陶瓷驅(qū)動器的驅(qū)動

2、力與輸入電壓之間的理論關(guān)系進行了數(shù)據(jù)擬合，建立了“驅(qū)動力—電壓”控制方程?；诘葢?yīng)力梁的驅(qū)動力試驗，建立了基于材料力學(xué)公式的驅(qū)動器“驅(qū)動力—電壓”控制方程。通過數(shù)據(jù)分析與參數(shù)對比，文本建議采用基于剛架的驅(qū)動力試驗所建立的“驅(qū)動力—電壓”控制方程?！　〉诙糠?，進行了壓電智能梁的主動控制試驗，對壓電智能梁在靜力荷載和驅(qū)動力作用下的變形恢復(fù)能力、應(yīng)變恢復(fù)特性以及裂縫閉合特征進行了系統(tǒng)的試驗研究，分析了配筋率、跨高比和驅(qū)動器埋設(shè)位置等因素的

3、影響。試驗結(jié)果表明，對壓電智能梁的應(yīng)力、變形和裂縫的主動控制均取得了良好的控制效果。論文中對基于壓電驅(qū)動器的智能梁主動控制試驗研究在國內(nèi)外尚屬首次?！　〉谌糠郑诜蔷€性有限元原理，編制修改了壓電智能梁的主動控制分析程序，考慮了材料非線性、幾何非線性和壓電陶瓷驅(qū)動器的“驅(qū)動力—電壓”控制方程等因素，對壓電智能梁的主動控制進行了全過程分析；基于有限元分析軟件ANSYS，建立了壓電智能梁模型，考慮并解決了結(jié)構(gòu)單元選取和荷載步設(shè)置等相關(guān)問

4、題，對壓電智能梁進行了非線性有限元分析。分別將程序計算結(jié)果和ANSYS計算結(jié)果與試驗值進行對比，結(jié)果表明，程序計算結(jié)果與試驗值吻合程度較好。另外，還應(yīng)用上述有限元分析程序?qū)Σ煌瑓?shù)的壓電智能梁主動控制進行了參數(shù)分析?！　〉谒牟糠?，對壓電智能梁控制系統(tǒng)和控制理論進行了總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了基于現(xiàn)有設(shè)計規(guī)范的壓電智能梁應(yīng)力、裂縫和變形的主動控制計算公式，建立了針對壓電智能梁的主動控制設(shè)計方法。應(yīng)用該方法的計算值與試驗結(jié)果以及參數(shù)分析結(jié)果