基于ANSYS的压电复合材料性能分析与研究

摘要

由于压电复合材料力、电特性的可设计性,能够克服单一压电材料脆性易断的缺点,因此在智能材料与结构中有着广泛的应用前景.有限元法作为一种广泛应用于工程结构设计、力学分析的工具,将它应用于压电复合材料的性能分析中具有非常重要的意义.该文应用有限元方法,分析了影响压电复合材料综合性能及其正交异性的各种因素和规律.该文的主要研究内容为:一、介绍了有限元法及其软件ANSYS在压电复合材料分析中的应用,给出了应用ANSYS软件进行压电复合材料性能分析的一般步骤和注意事项.二、应用有限元法分析了压电相材料和聚合物基体相材料特性对于压电复合材料综合性能的影响规律.三、应用有限元法分析了粘贴层的材料性质和厚度尺寸对压电复合材料在实际应用中性能的影响规律.四、根据提出的正交异性压电复合材料的构造原理,设计出1-3型正交异性压电复合材料的有限元模型并分析其正交异性,同时分析了压电相材料长宽比对其正交异性的影响.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1压电复合材料研究概况

1.1.1压电复合材料的定义、分类及基本原理

1.1.2压电复合材料的研究进展

1.1.3 1-3型(正交异性)压电复合材料简介

1.2研究背景及选题依据

1.2.1影响压电复合材料性能的几种因素

1.2.2压电复合材料常用的几种分析方法

1.2.3选题依据

1.3本文研究的主要内容

第二章有限元法及其软件ANSYS在压电复合材料分析中的应用

2.1有限元法概述

2.2压电复合材料的有限元分析方法

2.2.1基本耦合公式

2.2.2有限元公式

2.3 ANSYS简介

2.3.1 ANSYS软件功能介绍

2.3.2 ANSYS分析的一般步骤

2.4 ANSYS中的压电复合材料分析

2.4.1压电复合材料分析的一般步骤

2.4.2 SOLID98单元简介

2.5范例分析

2.6本章小结

第三章1-3型压电复合材料的性能分析

3.1 1-3型压电复合材料的本构关系

3.1.1 1-3型压电复合材料基本原理

3.1.2利用横向压电效应的1-3型压电复合材料本构关系

3.1.3利用厚度剪切压电效应的压电复合材料的本构关系

3.2 1-3型压电复合材料的有限元分析

3.2.1模型的建立

3.2.2应力应变分布图

3.3压电相材料性能对1-3型压电复合材料性能的影响

3.3.1压电相材料的泊松比μ13

3.3.2压电相材料的弹性模量

3.3.3压电相的介电常数ε

3.4聚合物材料性能对1-3型压电复合材料性能的影响

3.5本章小结

第四章粘贴层对压电复合材料在实际应用中的影响分析

4.1结构与压电复合材料元件之间的力传递关系

4.1.1结构与压电复合材料传感器之间的力传递关系

4.1.2结构与压电复合材料作动器之间的力传递关系

4.2结构与压电复合材料的应力应变分布

4.2.1建立有限元模型

4.2.2应变分布云图

4.3粘贴层材料特性和厚度尺寸对压电复合材料性能的影响

4.3.1粘贴层的泊松比μ和弹性模量E

4.3.2粘贴层的厚度

4.4本章小结

第五章1-3型正交异性压电复合材料性能分析

5.1正交异性压电复合材料的研究进展

5.21-3型正交异性压电复合材料的本构关系及评价方法

5.2.1基本概念

5.2.21-3型正交异性压电复合材料的力、电耦合方程

5.2.3正交异性压电复合材料元件的特性与评价方法

5.3正交异性压电复合材料与普通压电复合材料的对比分析

5.3.1建立有限元模型

5.3.2对比分析

5.4压电相长宽比对正交异性的影响

5.5本章小结

第六章全文总结和研究展望

6.1主要研究内容总结

6.2研究展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的主要论文

参考文献