逆压电效应影响下功能梯度材料圆环板的力学行为分析

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作为一种新兴的复合材料,功能梯度材料(Functionally Graded Materials,简称FGM)在热环境下变形与稳定性问题是近些年来力学学科的重要研究课题之一。压电材料(Piezoelectric Material,简称PM)是一种受到压力作用时会在两端面间出现电压或在电压作用下会产生变形的智能材料,被广泛用于控制固体结构的屈曲变形和振动响应等问题。功能梯度材料结构结合压电材料的力学模型的力学行为分析是本文研究的重点。本文研究了上下表面粘贴压电层的功能梯度圆环板在热载荷与机械载荷共同作用下,考察逆压电效应对其轴对称非线性屈曲响应的影响。FGM圆环板的材料属性沿厚度方向连续变化,上表面为陶瓷材料,下表面为金属材料,板内温度沿径向梯度变化。首先基于一维Fourier热传导方程得到圆环板的温度分布函数,然后在经典Von-Karman板理论理论上,同时加入逆压电效应对于圆环板的影响因子,最终得到逆压电效应影响下的粘贴压电层的功能梯度圆环板在热载荷与机械载荷作用下的控制微分方程。采用打靶法数值求解控制微分方程,得到不同几何参数和物理参数下的的解,并分析圆环板的材料参数、几何参数、施加的热载荷与机械载荷、以及电场等各个参数的变化对于功能梯度圆环板的屈曲问题的影响,以及各个参数间的相互关系。结果表明热环境下的粘贴压电层的功能梯度圆环板受逆压电效应的影响之后,临界屈曲温度得到升高,且能减小或延缓其过屈曲变形,从而实现对功能梯度圆环板稳定性的有效调节和控制。
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