含压电层结构的谱有限元法研究-工程力学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Aeronautics and Astronautics Research on the Modeling and Simulation of Wave Propagation in Piezoelectric Smart Structure by the Spectral Element Method A Thesis in Engineering Mechanics by WangFei Advised by Prof. ZhengShijie Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Academic December, 2013 万方数据 万方数据 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位 或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 作者签名： 日 期： 南京航 南京航空航天大学硕士学位论文 含压电 含压电层结构的谱有限元法研究 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 常见的智能结构是利用压电材料的压电特性，对结构表面的应力状态进行收集，同时利用 其逆压电效应可以对结构的表面施加激励载荷。正因为智能材料这独特的特性，可以将它广泛 应用于主动振动控制。一部分优秀的工作者正利用这种技术研究一种新的智能健康监测技术， 开拓了这项技术的一个新的领域。文中的研究内容正是基于这样新的智能健康监测技术，利用 仿真的手段对其进行理论研究，希望能提出一些有价值的参考信息。 本课题中利用压电单元理论和谱单元理论相结合的算法，对压电层合板混合模型进行弹性 波传播的仿真。区别于传统的有限元分析方法，本文中将压电模型加入到传统的单一结构模型 中，利用压电元件的逆压电效应代替等效节点力载荷的激励方式，和实际实验中利用压电片进 行损伤监测的结构更加符合，仿真效果更加真实，更具有参考意义。文章中通过对比两种激励 条件下的仿真结果，比较了两种方法的优劣性。文章中将压电智能结构有限元法和基于正交多 项式的谱有限元法相结合，对混合模型中的弹性波进行仿真，并利用此方法对超声相控阵法损 伤检测进行仿真。 关键词：弹性波；损伤识别；智能结构监测；谱元法；压电元件；相控阵法； 本文工作获国家自然科学基金项目50830201），江苏省“青蓝工程项目”，高 校优势学科建设工程资助项目资助支持；本文工作是在机械结构力学及控制国家重点实验室（南 京航空航天大学）完成。 I Abstract Abstract: The piezoelectric materials are used in the smart structres because of its piezoelectric properties. They can get the stress state on the surface of the structures. With the inverse piezoelectric effect, we also can load load on the surface of the structure. Because of the unique features of smart material, it can be widely applied in active vibration control. The excellent workers are using this technology to research a kind of new intelligent health monitoring technology. The research content of this paper is based on the new intelligent health monitoring technology, using the method of simulation on the theoretical research, and hope to be able to