层状压电复合结构的动力特性研究
压电材料,由于具有优良的力电耦合特性,常被用于设计智能器件,如传感器、致动器、超声换能器、俘能器等。目前,这些器件已被广泛应用于众多工程领域,如土木工程中结构的健康检测、水声领域中水下目标的探测和定位、交通系统中能量的俘获等。
层状压电复合结构,由于制备工艺简单、比强度和比刚度较高,加之具有优异的机电耦合性能,在新型智能器件的开发中受到越来越多的青睐。然而,对于含有多层弹性层和压电层的器件,其内部弹性场和电场的动力耦合比较复杂,从而使问题的分析和求解比较困难。
因此,目前工程中常见的层状压电智能器件只含很少的几层压电层和弹性层。如何通过建立合理的分析模型,给出含有任意层数压电层和弹性层的智能器件的动力学解答,无疑对该类智能器件的开发和设计均具有重要的指导意义。
本文基于压电弹性理论,采用理论分析、ANSYS数值仿真和实验研究相结合的研究方法,对含有任意层数的径向极化和轴向极化的多层压电／弹性复合圆柱型结构、径向层状的新型钹式俘能器结构、压电叠堆俘能器结构的动力特性进行了深入研究。通过建立合理的理论分析模型,给出了该类结构的分析解,并进行了参数影响分析。
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