智慧型壓電結構接觸-碰撞瞬態回響及其波動特性研究

《智慧型壓電結構接觸-碰撞瞬態回響及其波動特性研究》是依託南京理工大學，由沈煜年擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：智慧型壓電結構接觸-碰撞瞬態回響及其波動特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：沈煜年
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

智慧型壓電結構在工作過程中往往會承受反覆的接觸-碰撞和電壓激勵等衝擊載荷的單獨或同時作用，容易導致壓電層合結構出現高頻振動和彈性瞬態波在結構中傳播等現象，降低壓電驅動器精度和結構強度。本項目針對該問題，以壓電慣性式驅動器為研究對象，考慮壓電材料的機電耦合效應和柔性碰撞體間的接觸效應，提出多層複合壓電體的動態子結構接觸-碰撞理論，研究智慧型壓電結構的接觸-碰撞彈性動力學行為。重點解決能描述波動效應的連續體模型和準分布參數模型的建立、接觸和分離狀態反覆切換算法的編制以及接觸力等瞬態回響的計算等基礎理論問題。結合應力波理論分析碰撞激發瞬態波和電壓激發瞬態波的傳播及其相互作用機理，探索波傳播對結構強度的影響規律，實現對智慧型壓電結構的接觸-碰撞瞬態回響及其波動特性的理論研究。同時搭建實驗裝置和測量系統，開展結構瞬態回響的實驗研究，驗證理論分析結果，為智慧型壓電結構的瞬態動力學最佳化設計提供科學依據。

結題摘要

壓電智慧型結構在工作過程中往往會承受反覆的接觸-碰撞和電壓激勵等衝擊載荷的單獨或同時作用，容易導致壓電層合結構出現高頻振動和彈性瞬態波在結構中傳播等現象，降低壓電驅動器精度和結構強度。本項目針對該問題，以衝擊式壓電驅動器為研究對象，考慮壓電材料的機電耦合效應和柔性碰撞體間的接觸效應，提出多層複合壓電體的動態子結構接觸-碰撞理論，研究壓電智慧型結構的接觸-碰撞彈性動力學行為。建立了結構的接觸-碰撞模型、接觸和分離狀態反覆切換算法的確定以及接觸應力瞬態回響的計算等基礎理論問題，並結合應力波理論和有限元理論分析了碰撞激發瞬態波和電壓激發瞬態波的傳播及其相互作用機理，探索了波傳播對結構強度的影響規律以及周期性壓電結構對機械波的濾波特性。實現了對壓電智慧型結構的接觸-碰撞瞬態回響及其波動特性的理論研究。同時搭建了實驗裝置和測量系統，進行結構瞬態回響的實驗研究。本項目的研究成果為壓電智慧型結構的瞬態動力學最佳化設計提供理論依據，將壓電智慧型結構的設計方法由振動模態分析法推進至了瞬態動力學分析法。