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基于有限元法的周期压电智能梁滤波特性分析
  • ISSN号:1004-4523
  • 期刊名称:《振动工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:O326[理学—一般力学与力学基础;理学—力学]
  • 作者机构:[1]华中科技大学土木工程与力学学院,湖北武汉430074
  • 相关基金:国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2011CB013800)
中文摘要:

周期结构具有通频和禁频特性,使其在动态载荷的滤波器、具有主动控制功能的结构研究中得到了重要应用。基于Timoshenko梁理论,考虑基梁和压电片的转动惯量和剪切效应,采用有限元法和传递矩阵法推导了波在周期性地粘贴压电片的Timoshenko梁中的传播模型,分析了几何尺寸和材料特性对其频带性质的影响,并与Bernoulli-Euler梁理论得到的结果进行了对比。研究表明,当基梁与压电层厚度比达到40时,禁带带宽减小了54%,因此对于周期结构中的深梁,应舍弃Bernoulli-Euler梁理论而采用Timoshenko梁理论建立的模型;对于不同尺寸和材料特性的压电周期结构,频带性质会有很大不同,可以通过调整结构的参数来改变其频带性质,从而改变波动在结构中的传播特性。

英文摘要:

Periodic structures exhibit special dynamical characteristics of passbands and stopbands that enable one to design filters and control the propagation of waves and vibration with particular frequencies through the structures.The finite element and transfer matrix methods are combined to develop a model of wave propagation in a beam bonded with periodical piezoelectric patches using Timoshenko beams theory considering the effects of shear deformation and rotary inertia.The effects of geometric dimensions and material parameters on the wave propagation characteristics of the periodic structure are analyzed and compared with some results from Bernoulli-Euler beam theory.Research indicates that when the thickness ratio of base beam layer and piezoelectric layer reaches 40,the width of a stop band is reduced by 54%,so it is necessary to use the model based on Timoshenko theory rather than Bernoulli-Euler theory when the thickness of base layer is large and shear and rotational inertia become more important.For different configurations of the periodic piezoelectric beam,the frequency bands are very different.The characteristics of frequency bands and wave propagation in the structure can be altered by tuning different structural parameters.The investigation provides the basic guidelines to design periodic piezoelectric structures to achieve desired filtering characteristics.

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期刊信息
  • 《振动工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国振动工程学会
  • 主编:刘人怀
  • 地址:南京市御道街29号
  • 邮编:210016
  • 邮箱:zdxb@nuaa.edu.cn
  • 电话:025-84895885
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-4523
  • 国内统一刊号:ISSN:32-1349/TB
  • 邮发代号:28-249
  • 获奖情况:
  • 1995年江苏省首届期刊质评一级期刊,1997年获中国科协优秀期刊,1999年获国家自然科学基金委经费资助
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:12831