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随着现代科学技术与高精密仪器的不断发展,人们对材料尤其是智能材料的要求越来越高。智能材料是一种集传感、控制、驱动于一体的材料,不仅可以感知外部信息,而且能够自我应对和处理所遇到的问题。目前,智能材料的种类也非常多,其中本文所研究的就是一种应用非常广泛的压电智能材料。压电智能材料以其灵敏的反应和良好的可操作性,应用在航天、船舶、导弹、汽车、医疗机械、地质勘探等多种不同的领域。另外,在当前的一些大坝、桥梁以及一些复杂的建筑的构造上,直梁已经不能满足现代设计要求的精度了,所以关于曲梁的研究就是有意义的工作。本文就是针对压电曲梁与曲壳结构的构建以及有限元数值分析做了进一步的研究与分析。 首先,本文对压电材料的特点及应用做了介绍,同时,对压电结构的形状控制和剪切系数的研究进展做了综述。 其次,由于曲梁应用比较普遍,对于曲梁结构的计算精度要求也就比较高。而以前在分析曲梁结构时,多数采用剪切系数为1.2进行计算,通过研究对比,我们得出常用剪切系数1.2的计算结果与实际结果存在较大误差。本文在分析影响曲梁剪切系数因素的基础上,推导出一种新的方法来计算曲梁的剪切系数,并与ANSYS采用块体单元的计算结果进行了对比,显示了采用本文剪切系数计算方法得到的结果较为准确。 再次,本文基于曲梁、曲壳的单元模型及压电材料的本构方程,构成了3节点压电曲梁单元和9节点的曲壳单元的组合结构,实现了压电曲梁单元与曲壳单元的连接,完成了有限元总刚的集成,通过数值算例分别验证了曲梁单元和曲壳单元的精度,讨论了连接模型以及压电曲梁计算结果的正确性。同时,通过本文方法得到的剪切系数和剪切系数取1.2时计算结果在多个模型中的对比分析,进一步说明了本文剪切系数计算的正确性。 最后,本文实现了压电曲梁、曲壳组合结构的静态形状控制。利用最小二乘法求出结构的最优电压分布,然后根据施加外荷载时的变形结果与施加最优电压后的变形结果,绘制出变形拟合曲线与误差百分比曲线,针对加筋平板与曲板的弯曲与扭转变形分别进行了静态形状控制分析,最终验证了本文模型的精度及本文理论的适用性。