随着智能驾驶和车联网技术的发展,传感器在汽车等工业领域中的应用越来越广泛。敏感材料在传感器中起到信号转换作用,是决定传感器性能的关键因素。压电梁具有高灵敏度特征,在压力、加速度计等信号测量方面展现了独特的优势。为了分析压电梁的信号转换过程,需要对压电梁在力场和电场耦合作用下的变形和电势进行计算。为此,本文研究轴向极化压电梁力电耦合分析模型,提出一种计算效率高、精度较好的等几何压电梁仿真算法。本文主要研究内容包括:1.建立了基于梁理论的压电梁结构力电耦合仿真模型。利用常用压电材料的本构模型特性,对三维实体压电材料的电焓方程进行简化。应用欧拉和铁摩辛科梁理论描述压电梁的位移和应变场,将压电材料的仿真模拟从三维实体问题简化为一维梁问题。基于压电梁结构的电势分布特点,提出压电梁横截面上电势的二次多项式分布假设。应用应力假设,对压电梁的材料参数进行修正,提高基于梁理论的压电梁力电耦合模型的计算精度。2.提出了基于等几何分析的压电梁力电耦合仿真算法。采用等几何分析方法,利用B样条基函数描述压电梁的位移和电势,提高仿真模型的计算精度。利用参数量级修正方法,解决压电梁刚度阵的奇异性问题。基于C++语言进行压电梁力电耦合仿真程序编写。3.对PZT-5H和ZnO纳米梁等重要压电梁结构进行仿真研究。利用本文的算法和程序,计算压电梁在拉伸、弯曲等工况下的变形和电势,研究了长细比、压电材料参数对电势的影响,归纳出压电梁力电耦合变形特点。使用商业仿真软件COMSOL进行对比测试,验证了本文算法的准确性。本文对压电梁结构的力电耦合特性研究,基于梁理论和压电材料力电耦合模型,提出了适用于轴向极化压电梁结构的仿真分析模型。本文将压电梁的仿真模型从三维实体问题简化为一维梁问题,极大地降低了计算成本。通过引入应力假设、使用等几何分析模型等算法,保证了所提出模型的计算精度。