【摘 要】
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近年来,随着科技的发展,一种具有压电性质的新型智能纳米复合材料,即用压电材料作基体用BNNT作增强材料,吸引了科学界的兴趣。硼氮纳米管(BNNT)增强压电梁的静动力学研究与应用也
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近年来,随着科技的发展,一种具有压电性质的新型智能纳米复合材料,即用压电材料作基体用BNNT作增强材料,吸引了科学界的兴趣。硼氮纳米管(BNNT)增强压电梁的静动力学研究与应用也逐渐兴起。本文运用Euler-Bernoulli梁理论并利用考虑温度效应的压电理论建立了BNNTs增强压电梁的本构关系,在两端受有电压影响的压电梁在不同温度条件以及不同的机械荷载下,运用能量变分原理分别推导出了结构的屈曲、非线性弯曲、动力稳定性、非线性动力响应的控制方程。并且在数值实例中,均详细讨论了电压、温度、边界条件及BNNT体积分数对压电梁屈曲载荷、非线性弯曲、动力稳定性、非线性动力响应的影响。 首先,在压电梁两端施加轴向荷载,结果表明:在梁两端施加负或正电压可使压电梁的屈曲载荷增大或减小;BNNTs增强压电梁的屈曲载荷随着温度的降低、硼氮纳米管所占体积分数的增大而增大。 其次,考虑几何非线性,研究压电梁在受到横向动荷载下的弯曲问题。结果表明:梁在非线性弯曲的挠度及弯矩要小于线性弯曲的挠度及弯矩,进一步地有,在无量纲载荷不超过200时,BNNTs增强压电梁的弯曲的挠度和弯矩在考虑非线性与线性的差异不大。但它们的差距随着荷载的不断增大,差距被逐渐拉开,非线性弯曲的效应非常明显,尤其在无量纲荷载高于500时,考虑BNNTs增强压电梁的非线性效应十分有必要。 再者,在压电梁两端施加轴向动荷载,分析了压电梁的动力稳定,得到的控制方程是一组Mathieu方程,用于描述压电梁的参数振动行为。使用Bolotin方法将控制方程化为一组齐次线性代数方程,分析了各种参数对梁的振动基频及不稳定区域的影响。 最后,给压电梁施加横向动荷载,采用有限差分法与Newmark方法结合求压电梁的非线性动力响应的数值解。结果表明:线性情况下的梁的动力响应幅度大于非线性情况下的梁的动力响应幅度;BNNTs增强压电梁的非线性动力响应幅度随电压,温度和机械载荷的增大而增大,当基体中BNNT的体积分数增大时,响应幅度会减小。
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