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研究生:陳維傑
研究生(外文):Wei-Jie Chen
論文名稱:含壓電材料板組合薄壁樑結構動態響應之探討
論文名稱(外文):Studies of Dynamic Responses of Plates-Assembled Thin-Walled Beams Containing Piezoelectric Materials
指導教授:張銘永
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:134
中文關鍵詞:壓電材料板組合板薄壁樑
外文關鍵詞:plate containing piezoelectric materialplates-assembledthin wall beam
相關次數:
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本文主要是由漢米爾頓原理配合有限元素法所發展出含壓電材料之複材疊層板組合薄壁樑的有限元素模式。為了建立分析板組合薄壁樑結構的有限元素模型,需先求出相鄰板銜接處元素間的轉換矩陣,再依此求得含不同板連接處節點自由度之有限元素模型的質量矩陣與勁度矩陣,本文中並考慮壓電感測器與致動器對質量矩陣與勁度矩陣的影響。內容探討不同形狀的複合材料板組合樑所形成薄壁樑結構之振動特性與響應。先使用等向性材料之板組合樑利用本文之有限元素模式分析求得系統的模態與頻率,再利用模態疊加法求出受外力影響所產生的響應,並與套裝軟體ANSYS分析的結果比較;接著分析不同纖維角之複材板組合樑的模態與頻率;最後分析含壓電材料致動器與感測器之密閉口形薄壁樑結構的模態與頻率,以及樑受到外力或受到壓電致動器激發時產生的位移與壓電感測器的電壓響應。
謝誌 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 ix
符號說明 1
第一章 緒論 3
1.1 前言 3
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究目的與內容 5
第二章 基礎理論與推導 7
2.1 單層複材板的本構方程式 7
2.2 有限元素法 11
2.3 壓電材料的本構方程式 14
2.4 含壓電複材之組合板運動方程式 16
2.5 銜接兩板相鄰元素自由度之轉換 20
2.6 各式板組合樑自由度間的轉換關係式 22
2.6.1 板組合T型樑之自由度轉換關係 23
2.6.2 板組合H型樑之自由度轉換關係 25
2.6.3 板組合封閉口型樑之自由度轉換關係 28
2.7 動態響應之推導 30
第三章 各式板組合樑之振動特性與響應 33
3.1 板組合T型樑的振動特性與響應 33
3.1.1 本文有限元素模式分析之振動特性與ANSYS之比較 34
3.1.2 單層複材T型樑之振動特性 42
3.1.3 本文有限元素模式分析之動態響應與ANSYS之比較 50
3.2 板組合H型樑的振動特性與響應 53
3.2.1 本文有限元素模式分析之振動特性與ANSYS之比較 53
3.2.2 單層複材板組合H型樑之振動特性 61
3.2.3 本文有限元素模式分析之動態響應與ANSYS之比較 68
3.3 板組合封閉口型樑的振動特性與響應 72
3.3.1 本文有限元素模式分析之振動特性與ANSYS之比較 72
3.3.2 單層複材板組合封閉口型樑之振動特性 81
3.3.3 本文有限元素模式分析之動態響應與ANSYS之比較 88
第四章 含壓電材料之複材疊層板組合封閉口型樑系統 92
4.1 系統振動特性 92
4.2 系統之響應 102
4.2.1 施加外力於系統一之響應 102
4.2.2 施加電壓於系統一之響應 107
4.2.3 施加電壓於系統二的響應 116
第五章 結論與未來展望 122
5.1 總結 122
5.2 未來展望與建議 123
參考文獻 124
附錄一 元素之質量矩陣[12] 126
附錄二 元素之勁度矩陣[12] 127
附錄三 機電耦合矩陣[12] 132
附錄四 壓電致動參數矩陣[12] 133
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