热机电耦合下压电复合梁的有限元模型验证

本文主要探讨了压电复合梁在航空航天领域中热、机械和电场共同作用下的热机电耦合有限元模型构建。压电材料在航天结构中具有重要的应用，特别是在形状控制和振动抑制方面，因为它们具备良好的正逆压电效应，反应速度快，频率范围广。然而，考虑到实际运行中压电复合结构可能面临的复杂环境，如轨道上热载荷的变化，传统的经典理论模型在处理这类多场耦合问题时可能存在局限。 基于高阶剪切变形理论，作者构建了一种新的有限元模型，这一理论考虑了材料的非线性和局部弯曲效应，能更准确地模拟压电复合结构的行为。此外，通过采用线性温度分布假设，模型还考虑了热场的影响，这对于在太空环境中保持结构稳定至关重要。通过虚功原理，该模型能够有效地处理热-机-电的相互作用，使得形状和振动控制的研究成为可能。 文章针对压电双晶片梁和压电复合悬臂梁进行了数值仿真，结果与现有理论分析和实验数据吻合良好，验证了模型的有效性和准确性。这表明，本文提出的热机电耦合有限元模型为压电复合结构的设计和控制提供了强有力的工具，有助于提升航天结构的性能和可靠性。 本文的核心知识点包括： 1. 高阶剪切变形理论在压电复合梁模型中的应用：它弥补了经典理论模型在处理复杂剪切效应上的不足，提高了模型的精度。 2. 热机电耦合有限元模型的建立：结合热场、力场和电场的多场耦合，适用于压电复合结构的动态特性分析。 3. 数值仿真的重要性：通过仿真验证模型的有效性，为实际工程提供指导。 4. 压电复合结构在航天领域的实际应用：如振动控制和形状调整等关键任务。 这些内容为压电智能复合结构在航天工程中的进一步发展奠定了基础，也为未来的研究者提供了一个有力的分析工具。