智能材料基于狀態(tài)空間法的動(dòng)力問(wèn)題研究.pdf

1、在科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的時(shí)期，材料的所具備屬性也由傳統(tǒng)只具有承載能力，逐步向多功能化、智能化的方向發(fā)展。壓電智能材料在各個(gè)領(lǐng)域中都展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景，在土木工程中，壓電智能材料在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、控制、智能調(diào)節(jié)等方面都發(fā)揮了極大的作用。在眾多的結(jié)構(gòu)中，由壓電智能材料組成的疊層構(gòu)件是最常見的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)其力學(xué)性能尤其是動(dòng)力問(wèn)題的研究對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)也非常重要。
　　本文選取一般彈性材料單層梁、一般彈性材料疊層梁、彈性壓電材料單層梁、彈性壓電材料

2、疊層梁進(jìn)行動(dòng)力問(wèn)題的研究。對(duì)于壓電智能材料，文中以壓電材料的彈性力學(xué)基本方程和本構(gòu)方程為基礎(chǔ)，引入狀態(tài)空間法，在忽略體力、體電荷和體電流的情況下，推導(dǎo)出了壓電材料的狀態(tài)變量方程。然后結(jié)合邊界條件，得到了簡(jiǎn)支壓電單層梁自由振動(dòng)頻率的精確解，并進(jìn)一步推導(dǎo)出了壓電簡(jiǎn)支疊層梁自由振動(dòng)頻率的精確解。這種方法對(duì)于單層梁與疊層梁均適用，不受厚度的限制，在疊層構(gòu)件的求解中廣泛應(yīng)用。此解形式簡(jiǎn)單、精確，便于運(yùn)用。
　　文章最后利用Matlab軟件對(duì)

3、不同跨高比的一般彈性材料單層梁、一般彈性材料疊層梁、彈性壓電材料單層梁和彈性壓電材料疊層梁進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到力學(xué)與電學(xué)相關(guān)物理量以及自由振動(dòng)頻率的解答，并與有限元軟件ANSYS的模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。
　　由結(jié)果對(duì)比可得到，無(wú)論是單層梁還是疊層梁，兩種方法得到的對(duì)不同材料的計(jì)算結(jié)果均十分相近。在考慮了不同高跨比的情況下，本文方法計(jì)算結(jié)果與FEM模擬結(jié)果的誤差也在允許范圍之內(nèi)。由此可知，本文提出基于狀態(tài)空間理論研究智能結(jié)構(gòu)的方法對(duì)于