热-电-位移耦合多体系统的多物理场分析

摘要

本文提出多体多物理场建模方法,对智能多体系统中的热-电-位移场耦合行为进行研究,分析大范围运动、温度和压电智能构件相互作用.当多体系统中柔性构件为大柔性构件时,可以将柔性智能构件视为带有压电层的层合梁,不同的层合材料也使得梁的不同部分具有不同的热膨胀系数.首先,利用一次近似耦合(FOAC)理论对多体系统的柔性构件的位移场进行描述,得到大范围运动与几何应变之间的关系,然后通过压电-热-弹性理论考虑压电场和温度场与几何应变的耦合.然后,就可以得到热-电-位移场耦合本构关系.在得到系统势能和动能的详细描述基础上,利用广义Hamilton 原理得到多物理场耦合多体系统的动力学模型.最后,通过计算仿真说明大范围运动与电场之间的耦合、热冲击对位移场的影响、热场与电场之间的耦合等,并利用热-电-位移场耦合模型对热场中工作的柔性智能多体系统的动力学响应进行计算.