[发明专利]压电混合功能梯度三明治双曲板动力响应分析方法

说明书

本发明公开了压电混合功能梯度三明治双曲板的动力响应分析方法，同时考虑FGM层压电材料的变形补偿控制作用，根据压电材料关于应力、应变、电位移和电场的力、电、热耦合的本构方程以及电场和电势的关系，建立相关动力学平衡方程；再运用伽辽金方法和Newmark‑β实现移动载荷作用下具褶皱效应压电混合FGM三明治双曲板的运动微分控制方程的线性化离散；在数值结果中，讨论了非线性温度场的温升模式与作用范围、移动载荷的作用形式与移动速度、褶皱形态与形变范围、材料性能参数、结构几何参数、施加电压和主动控制对FGM三明治双曲板非线性动力学响应的作用关系。

技术领域

本发明涉及复合材料结构动力学技术领域，具体涉及压电混合功能梯度三明治双曲板的动力响应分析方法。

背景技术

功能梯度材料创造之初用于解决火箭推进系统的热应力缓和问题，是适应航空航天等高新技术领域对材料的特殊要求而发展起来的一种新材料，目前在工程中有着广阔的应用前景。基础功能梯度材料构建成分为高抗热能力的陶瓷基体和高强度性能的金属基体，两种基体互为功能梯度材料的表面，而逐渐呈梯度渐变状混合过渡至彼此。进而材料构建成分的平缓过渡特性实现了结构物理性质的梯度状变化，特别是热膨胀参数的平滑匹配有效改善增强了结构因为骤冷和剧烈温升造成的热应力集中问题。正是这种材料设计理念促进各类特定组分的新型功能梯度复合材料得以涌现并实现快速技术发展应用。压电感应材料基于自身形变与电势能的交互转化能够产出特定的力学效应进而增强并丰富功能梯度材料功能，根据研究成果显示，压电功能梯度材料(functionally gradedpiezoelectric material，FGPM)及其结构的设计和应用转化能够在智能传感器和关联装备领域体现巨大的技术价值。

双曲板是一种常见的工程结构，借助曲率的调节可以演变为平板、圆柱壳、变曲率壳等多样化的工程结构。源于其结构的双向曲率要素，该结构在力学原理中表现出几何非线性，尤其在非线性动力学问题中考虑到结构的局部结构增强、非线性弹性基底补偿、材料参数非线性、载荷作用非线性等影响关，易于形成为复杂的非线性动力学问题。由于工程实际应用的需要，弹性基底对板壳结构的影响也引起了人们的注意。

智能结构系统集传感-执行-控制一体化，伴随着智能技术的发展进而广泛应用于各类工程结构中，能够给与装备结构具有自我健康诊断、自适应执行输出以及输入信号的修正与校正乃至自我学习进化等多种智能功能，获取更为强大的性能表现与更为牢固的安装保障，该智能结构系统对于多场合多功用复合材料结构的设计性能评估与交互控制拥有重要意义。

基于智能结构系统设计思想，根据压电材料关于应力、应变、电位移和电场的力、电、热耦合的本构方程以及电场和电势的关系，通过常增益速度负反馈控制规律，对具有褶皱效用压电混合FGPM复合材料三明治双曲板的非线性动力响应及主动控制进行分析计算，移动荷载作用下弹性体结构动力学问题在智能装备、航空航天、船舶舰艇、轨道交通、风电新能源等领域也具有广泛的工程应用背景。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：本发明提供一种压电混合功能梯度三明治双曲板的动力响应分析方法，能够高效准确实现计算分析以实现复杂工作环境中混合复合材料三明治双曲板地结构设计与性能指标响应。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种压电混合功能梯度三明治双曲板的动力响应分析方法，所述动力响应分析方法包括以下步骤：

步骤S1，构建基于波纹结构的具混合形貌FGM三明治双曲板的力学模型；

三明治双曲板设有三层，包括夹芯层及位于夹芯层两边的各向同性材质表层，夹芯层为压电混合功能梯度材料层；构建具褶皱效应的压电混合功能梯度三明治双曲板的本构关系和几何关系；

步骤S2，构建对应问题的动力学平衡方程；

步骤S3，根据褶皱几何动态参数求解分析力学问题；