论文摘要：基于Timoshenko理论阻抗单元的压电智能梁谐振分析压电激励弹性薄板阻抗的有限元分析-论文网
论文关键词：基于,理论,阻抗,单元,压电
华中科技大学土木工程与力学学院武汉430074
阻抗是一种便于测量且能反映系统动力特性的物理量。历史上，阻抗法在机械振动、结构振动、电子电路、声场、与结构耦合、机电系统等问题中已经取得广泛的应用；现代阻抗分析和测试技术得到越来越广泛的应用。如，声阻抗用于结构声场的设计，电阻抗用于电力和电子线路设计；机械阻抗或压电阻抗应用于裂纹检测和智能材料结构的健康监测等。
目前，从理论、实验和数值计算方面研究压电智能结构的阻抗仍然是研究的热点。智能结构可看作同相对独立的压电单元和宿主系统两部分组成。压电单元和宿主结构两个子系统，各自具有不同的质量、刚度、固有频率等系统特性。为了让两个子系统协同工作以发挥最大的效能，压电单元和宿主结构在连接处的阻抗必然达到某种合理的匹配。
此前，对三维压电板的研究主要是集中在理论分析和实验测量方面。例如，Brissaud分析了多向承受载荷的三维压电阻抗，提出一个7×7阶的阻抗矩阵来计算三维压电板的机械阻抗，并通过实验数据验证了结论。一般而言，具有规则几何形状和结构对称性的压电单元，便于取得简明的解析或半解析解。而有限元方法并不局限于这些条件，有限元计算阻抗具有明显的优势和良好的发展前景。本文，先对压电单元进行有限元动力分析，得出压电单元的机电阻抗，例如图1中压电板单独计算；再用有限元分析弹性结构的机械阻抗，如图1的弹性薄板；再将压电单元与薄板之间的作用力和位移连续条件，转化为阻抗匹配方程件。最后，通过求解阻抗矩阵方程组得到压电智能板的动力模拟结果。
图1图2
压电片激励弹性薄板的初步计算结果如图2所示，结果表明：有限元法分析压电结构的阻抗是完全可行而且具有较高的计算精度。 |
