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张书扬,张顺琦,赵国忠,王战玺,秦现生.双层纤维压电智能薄板几何非线性建模与分析
Geometrically nonlinear modeling and analysis of macro-fiber composite (MFC) laminated bimorph plates[J].计算力学学报,2017,34(6):748~754
双层纤维压电智能薄板几何非线性建模与分析
Geometrically nonlinear modeling and analysis of macro-fiber composite (MFC) laminated bimorph plates
Geometrically nonlinear modeling and analysis of macro-fiber composite (MFC) laminated bimorph plates
投稿时间:2016-10-14  修订日期:2016-12-26
DOI:10.7511/jslx201706011
中文关键词:  压电智能结构  纤维压电材料  micro-fiber composite  几何非线性
英文关键词:piezoelectric smart structures  piezo composite materials  macro-fiber composite  geometrically nonlinear
基金项目:国家自然科学基金青年项目(11602193);大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室开放基金(GZ15212);载人航天预先研究项目(020301)资助项目.
作者单位E-mail
张书扬 西北工业大学 机电学院, 西安 710072  
张顺琦 西北工业大学 机电学院, 西安 710072;大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024 sqzhang@nwpu.edu.cn 
赵国忠 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024  
王战玺 西北工业大学 机电学院, 西安 710072  
秦现生 西北工业大学 机电学院, 西安 710072  
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中文摘要:
      纤维压电MFC (Micro-Fiber Composite)的强致动力和高柔性等特点具有广泛的应用前景,但是材料组成结构复杂给建模带来了难处。基于Reissner-Mindlin假设,采用冯卡门非线性、中等转角及大转角几何非线性等理论,建立了MFC压电智能结构的多种几何非线性有限元模型。同时该模型考虑了压电纤维角度变化对结构形变的影响。分别对两种不同结构的MFC进行了建模与仿真,分别是MFC-d31和MFC-d33,前一种主要利用压电d31效应,而后一种主要利用压电d33效应。随后,通过一压电悬臂梁结构实验数据验证了模型的准确性。最后,利用所建模型对一种双层纤维压电智能薄板结构进行了几何非线性的计算与仿真。
英文摘要:
      Macro-fiber composite (MFC) has a wide potential application due to its advantages such as large actuation forces and flexibility.But the complex structural arrangement makes it difficulty to build model.The paper develops geometrically nonlinear FE model based on the Reissner-Mindlin hypothesis,using different nonlinear theories like von Karman nonlinear shell theory and fully geometrically nonlinear shell theory under assumption of moderate and large rotations.Further more the arbitrary piezoelectric fiber orientation is considered,which will influence the deflection response.The models developed for two different kinds of MFC,MFC-d31 and MFC-d33,which are dominated by d31 and d33 effect respectively.First,the model is validated by experiment results of a piezoelectric cantilever beam.Then a macro-fiber composite (MFC) laminated bimorph plate is analyzed and formulated by the geometrically nonlinear FE model.
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