基于谱元法的压电/压磁板波动特性研究

论文摘要

压电压磁智能材料基于电磁耦合效应以及响应速度快等优点而广泛应用于工程实际当中,受复杂工作环境的影响,对该类材料组成的结构进行检测显得尤为重要。导波技术作为一种高效的无损检测技术,在压电压磁材料中有广阔的应用前景。对于压电/压磁复合材料介质,复杂的电磁耦合特性以及介质的各向异性,会给波动问题的求解带来很大的困难。本文提出的谱元法基于傅里叶级数展开位移场假设,可降低求解的维度,从而节约计算资源。同时可以利用Chebyshev正交多项式进行谱单元插值,提高了特征值的计算效率,谱元法是求解压电压磁材料波导中波传播特性一种有效的计算方法。基于该方法,本文的主要研究工作如下:（1）自主编写了高阶谱单元插值节点Matlab程序,与通用有限元软件Abaqus相结合可生成任意截面谱单元网格。基于直角坐标系下电磁弹基本方程,推导了任意截面下谱元法格式的频散方程。通过与周期有限元方法对比验证了谱元法的准确性与收敛性。采用该方法研究了功能梯度矩形板的弹性波传播问题,讨论了功能梯度体积指数以及截面宽高比的影响。（2）推导了无限大功能梯度压电压磁板谱元法格式的频散方程,分析了体积分数指数的变化以及压电压磁效应对其频散行为的影响。此外,在无限大功能梯度压电压磁板的频散曲线中观察到一种新现象:模态缺失。模态缺失是一种物理现象,跟压磁材料的负磁导率特性密切相关,这在以往的研究中未提及。（3）基于柱坐标系,采用Chebyshev谱元法沿径向和周向对曲面板截面进行离散,推导了多层压电压磁曲面板的频散方程。该方程适用性广,可以对任意弧度的曲面板的频散曲线求解,包括圆管。此外,分别从结构弧度、压电压磁效应、厚径比和叠层顺序等四个方面分析了其对频散特性的影响。（4）基于Frenet-Serret准则的建立了圆形曲线坐标系,引入一组单位正交基作为非完整系的协变基矢量,推导了圆曲线坐标系下谱元法格式。对功能梯度压电环形板的频散特性进行研究,分析了圆环板中功能梯度指数、宽高比以及曲率对频散特性的影响,并阐明了功能梯度压电环形板中模态转换,截止频率以及模态分离现象的机理。（5）将谱元法与完全匹配层相结合,提出一种用于求解半空间层合结构中表面波特性的方法,完全匹配层具有优良的吸收性能,可防止泄露波的反射干扰频散特性的计算,并基于筛选模态准则对传播模态与泄漏模态进行筛选,研究了半空间覆盖层中材料属性以及覆盖层厚度对Rayleigh表面波传播特性的影响。（6）基于周期有限元方法在求解周期结构的优势,将谱单元引入到了周期有限元中,通过Abaqus对子结构进行有限元划分之后,采用谱单元插值子程序形成谱单元网格。利用了波纹板中板厚、波纹的波幅以及上下波纹的相位差等多种参数,对板的对称性和能带结构进行控制和调节。

论文目录

文章来源

类型: 博士论文

作者: 肖栋梁

导师: 韩强

关键词: 弹性导波,谱元法,压电压磁材料,频散

来源: 华南理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 数学,数学,材料科学

单位: 华南理工大学

基金: 国家自然科学基金和华南理工大学“优秀博士论文创新基金”

分类号: O241.82;TB381

DOI: 10.27151/d.cnki.ghnlu.2019.000091

总页数: 109

文件大小: 5725K

下载量: 88

相关论文文献

• [1].橡胶基软磁复合薄膜压磁性能机理模型的适应性研究[J]. 井冈山大学学报(自然科学版) 2013(05)
• [2].硅橡胶表面状态的非晶带材压磁性能的研究[J]. 功能材料 2008(07)
• [3].柔性压磁复合材料的力学和磁特性研究[J]. 热加工工艺 2012(04)
• [4].压磁压电层合复合材料圆柱壳表面局部分层屈曲[J]. 上海交通大学学报 2013(02)
• [5].粉体粒径和薄膜厚度对复合薄膜压磁性能的影响[J]. 兵器材料科学与工程 2013(04)
• [6].压磁应力计数据智能分析软件设计和开发[J]. 地壳构造与地壳应力文集 2010(00)
• [7].表面处理和温度对铁基非晶带材压磁性能的影响[J]. 功能材料 2008(06)
• [8].压电压磁双层板的锯齿形结构理论[J]. 力学季刊 2013(02)
• [9].新型压磁应力测量与监测系统研制取得重要成果[J]. 地质装备 2014(01)
• [10].初应力对压电压磁板中水平剪切振动的影响[J]. 力学季刊 2016(02)
• [11].压磁应力计测量地应力相对变化结果讨论[J]. 地壳构造与地壳应力文集 2009(00)
• [12].压电压磁复合材料中二维散射问题的解析研究[J]. 应用数学和力学 2008(12)
• [13].弹性波在压电压磁层状复合材料中的传播[J]. 科学技术与工程 2008(16)
• [14].铁氧体湿压磁材缺陷检测方法的研究[J]. 陶瓷学报 2019(05)
• [15].磁控软起动在烧结主抽同步机上的应用[J]. 浙江冶金 2010(02)
• [16].新型压磁应力解除测量系统及其测试分析[J]. 岩石力学与工程学报 2016(S1)
• [17].非晶FeCuNbSiB带材压磁性能的特点[J]. 稀有金属材料与工程 2008(02)
• [18].基于动态压磁的锈蚀钢筋疲劳特性的试验研究[J]. 浙江大学学报(工学版) 2017(02)
• [19].Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶粉/硅橡胶压磁复合材料的制备与性能研究[J]. 橡胶工业 2008(06)
• [20].基于工业机器人的铁氧体湿压磁材表面缺陷检测[J]. 机械与电子 2020(08)
• [21].浅谈T.ZY1型塞钉式压磁测重机误差值调整[J]. 中国新通信 2014(06)
• [22].基于Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶/纳米晶粉的压磁复合材料研究[J]. 稀有金属 2008(02)
• [23].一种煤矿压磁称重定量装载系统的设计及实现[J]. 煤矿机电 2014(06)
• [24].利用不同沉积温度和衬底控制压电/压磁异质结的磁电耦合系数[J]. 南京大学学报(自然科学) 2017(03)
• [25].多角形非晶粉/硅橡胶复合薄膜压磁性能研究[J]. 功能材料 2012(18)
• [26].压电压磁双层材料界面二维裂纹分析[J]. 工程力学 2011(06)
• [27].功能梯度压电/压磁双材料的周期界面裂纹问题[J]. 力学季刊 2013(02)
• [28].智能材料在土木工程中的应用探讨[J]. 科技创新与应用 2015(10)
• [29].自补偿式压磁应力传感器设计[J]. 仪表技术与传感器 2015(04)
• [30].微量稀土La掺杂对FeCuNbSiB非晶带材压磁性能的影响[J]. 功能材料 2010(07)

标签：弹性导波论文;  谱元法论文;  压电压磁材料论文;  频散论文;