基于狀態(tài)空間法壓電疊層固支梁力學性能研究.pdf

1、智能材料在大型結構與工程的安全和發(fā)展領域展現出了良好的應用前景，特別是大型結構的健康監(jiān)測和診斷，在土木工程中，壓電智能材料在結構監(jiān)測、控制、智能調節(jié)等方面都發(fā)揮了極大的作用。在眾多的結構中，由于壓電智能材料構成的疊層構件是常用的構件之一，需要對不同壓電疊層材料在不同支撐和受力情況下的力學性能進行研究，以便于尋求更精確、更便捷、更快速的求解方法，為結構的設計和制造提供理論基礎。
　　文中分別采用一般彈性材料、疊層彈性材料、壓電智能單

2、層材料、壓電智能疊層材料兩端固支梁為力學模型，以彈性力學的三大基本方程（本構方程、運動方程和梯度方程）為基礎，引入狀態(tài)空間法，通過矩陣推導與計算，建立了相應的狀態(tài)方程，結合相應的邊界條件求解出了狀態(tài)傳遞矩陣。并且以梁僅在上表面受均布荷載作用時的情況為例，經過代數運算，求得梁的任意高度處狀態(tài)變量的精確解。在求解壓電疊層材料狀態(tài)空間解時，考慮壓電材料的壓電效應，忽略體力、體電荷、體電流，結合壓電效應方程，得到傳遞矩陣，最終得出壓電疊層梁各個

3、狀態(tài)變量的精確解。這種方法對于單層梁和疊層梁均適用，不受厚度的限制，在疊層構件的求解中可廣泛應用。
　　文章最后利用MATLAB軟件對不同跨高比的一般彈性材料單層梁、一般彈性材料疊層梁、彈性壓電材料單層梁和彈性壓電材料疊層梁進行了數值計算，得到相關力學與電學的解答，并與有限元軟件ANSYS的模擬結果進行了對比。
　　由結果對比得到結論，無論是單層梁還是疊層梁，無論是同種材料還是多種材料，計算結果均十分相近。在考慮了不同高跨比