复合材料夹层板的热—力耦合屈曲及其主动控制

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复合材料夹层板在使用过程中不可避免的要受到热载荷和机械力载荷的作用,因此有必要研究夹层板在各种载荷下的屈曲行为。许多学者研究了沿水平方向上不同温度分布夹层板的热屈曲问题,讨论了不同温度分布对夹层板热屈曲的影响。为了提高夹层板在热和力载荷作用下的临界屈曲载荷,可以在层合板上粘贴压电致动器,利用电压提供的刚度来提高临界屈曲载荷。本文在这些研究的基础之上对复合材料夹层板热-力屈曲的行为进行了分析,并且对夹层板的热-力屈曲的主动控制进行了研究。基于增强三角剪切变形理论,推导出了复合材料夹层板的控制方程,利用瑞利-里兹法求解夹层板的临界屈曲温度和临界屈曲载荷。考虑温度沿厚度方向均匀、线性、非线性变化,研究了温度敏感指数、边界条件、长厚比、长宽比、面板厚度与总厚度的比值和纤维角度对夹层板临界热屈曲温度和临界屈曲载荷的影响。众所周知,温度的升高能减小层合板的临界屈曲载荷,为了使温度升高时临界屈曲载荷保持不变,在层合板的上下表面粘贴纤维增强压电致动器来实现对热-力屈曲的主动控制。利用温度反馈控制方法,压电致动器上的电压可以表示为屈曲控制增益与温度的乘积,这样可以通过调节屈曲控制增益的大小来控制电压的大小。因此,可以利用压电层的逆压电效应产生的等效刚度来弥补夹层板由于热效应减小的等效刚度,这样就可以控制结构屈曲的发生。当温度升高夹层板的临界屈曲载荷保持不变时,称这时的屈曲控制增益k值为临界屈曲控制增益。讨论了几何参数、纤维角度、铺层方式、边界条件、温度敏感指数以及压电层位置对临界屈曲控制增益的影响。
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