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上世纪五六十年代,人们开始研究弹性系统的动力稳定性问题。实际上,当外力为非保守力时,即使研究弹性系统的平衡稳定性问题,也必须从动力学的观点来讨论,必须考虑系统的惯性性质。Beck杆即是比较有代表性的此类结构之一。对于压电智能梁的研究在上世纪末也已得到人们的广泛关注。如何利用压电材料来提高非保守力作用下的杆梁结构的稳定性,把二者结合起来作为研究的方向,具有一定的新意。本文分别分析了带有压电层等截面Beck杆和带有压电层变截面Beck杆的动力特性。提出一种利用压电材料来提高Beck杆稳定性的方法,分析了利用压电材料提高:Beck杆稳定性的可行性。
主要工作包括以下内容:
首先,阐述了压电材料的基本知识,介绍了压电本构方程,压电材料的特性,重要性能参数,以及使用时应注意的问题等;介绍了第三章和第五章建立模型时用到的相关基础知识。
其次,研究了压电层合等截面Beck杆的稳定性及其他动力特性问题。建立压电层合等截面Beck杆的分段运动微分方程,利用解析法,得到特征矩阵,通过求解特征矩阵得出频率等各个相关量的关系;分析了轴向压力,末端质量块等与随从力临界值及轴向力临界值之间的变化关系,得出轴向压力对Beck杆前三阶频率,对颤振失稳临界值有不同程度的影响;压电片,增加压电片长度,改变压电片位置以及提高压电片施加电压对Beck杆稳定性有不同程度的提高作用;压电片长度与效率的关系。
第三,研究了压电层合变截面Beck杆的稳定性及其它动力特性问题。建立带有压电层合变截面Beck杆的分段方程;利用微分求积法,得到特征矩阵,通过求解特征矩阵得出频率等各个相关量的关系;分析了变厚度比,质量比,无量纲轴向压力及压电片施加电压对Beck杆的颤振失稳临界力和发散失稳临界力的变化关系,得出结论除第三章部分结论外,还包括:厚度比的变化对变截面Beck杆前三阶频率,无量纲随从力临界值,无量纲轴向力临界值有一定的影响;质量比的变化对前三阶频率,随从力临界值,及其他动力特性的影响;压电片长度,位置,以及加载电压对变截面Beck杆的稳定性不同程度的提高作用,并对比压电片长度不同,位置不同时,对稳定性的提高幅度等。