摘要：压电材料作为当前智能结构系统中应用最为广泛的材料之一,在航天航空、桥梁、汽车、医疗超声、无损检测等技术领域展现着良好的应用前景。压电介质中的电-弹性波传播和力、电场的响应特性电-弹性波的传播特性已经成为研究热点之一,对于压电材料的应用也具有重要意义,例如超音速压电发动机的设计制造等。此外在化学、电子等领域,波的散射和波振面的研究备受关注,研究压电壳体结构中的波传播对于表面声波装置的设计和制造以及在这些领域的应用,其重要性也不容忽视。多年来,针对压电介质的弹性波传播和力电耦合特性很多学者提出了新的理论与方法,然而,压电层合介质的瞬态响应和波动特性分析问题,尤其是数值算法快速求解领域的研究,仍然需要进一步的深入,探求更高效的方法。本文针对压电层合结构的瞬态响应及其波动特性问题进行了研究,基于机电耦合三维弹性理论,建立了压电层合结构的运动控制方程。结合了有限元、傅立叶变换和模态叠加法等数值计算技术,将空间域内的控制方程求解转化至波数域,避开了复杂的偏微分方程组求解。在理论模型中,位移场和电势场仅在板厚方向进行离散,因此单元划分较一般有限元方法稀疏很多,从而节约了数值计算所需内存和时间,在保证精度的同时能够高效的模拟压电层合板的瞬态响应。
