Phân tích Động lực học Tấm Composite Áp Điện Gân Gia Cường - Luận án Nguyễn Ngọc Thủy
Luận án kỹ thuật phân tích động lực học tấm composite áp điện gân gia cường dưới tải trọng khí động. Nghiên cứu sâu hành vi vật liệu.
Cơ kỹ thuật
Luan An
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật
Năm xuất bản
Số trang
194
Thời gian đọc
30 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
50 Point
Mục lục chi tiết
Tóm tắt nội dung
I.Tổng quan tấm composite áp điện và gân gia cường
Tổng quan này giới thiệu về các khía cạnh cơ bản của tấm composite áp điện có gân gia cường. Tài liệu đi sâu vào khái niệm vật liệu áp điện, ứng dụng thực tế và vai trò của gân gia cường. Mục tiêu chính là cung cấp cái nhìn toàn diện về nền tảng vật liệu và cấu trúc. Việc này đặt cơ sở cho các phân tích động lực học sau này. Phân tích động lực học của tấm composite áp điện là một lĩnh vực nghiên cứu phức tạp. Nó đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về tương tác giữa các thuộc tính cơ học và điện. Gân gia cường được xem xét như một yếu tố quan trọng để tăng cường độ cứng và ổn định cấu trúc. Các tấm composite nhiều lớp cũng được trình bày, nhấn mạnh lợi ích cấu trúc của chúng. Hiệu ứng áp điện là trọng tâm trong việc hiểu hoạt động của các cấu trúc này.
1.1. Hiện tượng áp điện và ứng dụng kỹ thuật
Hiện tượng áp điện mô tả sự chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện và ngược lại. Vật liệu áp điện là nền tảng của công nghệ này. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các cảm biến, bộ truyền động và các hệ thống kiểm soát thông minh. Ứng dụng bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô và y tế. Hiệu ứng áp điện cho phép các thiết bị phản ứng linh hoạt với môi trường. Các tấm composite áp điện kết hợp ưu điểm của vật liệu composite và vật liệu áp điện.
1.2. Kết cấu tấm composite áp điện nhiều lớp
Các tấm composite áp điện nhiều lớp mang lại đặc tính cơ học và điện vượt trội. Cấu trúc nhiều lớp tối ưu hóa độ bền, độ cứng và hiệu suất áp điện. Gân gia cường tăng cường đáng kể độ cứng và khả năng chịu tải của tấm. Sự kết hợp này tạo ra các kết cấu nhẹ, bền và có khả năng điều khiển thông minh. Phân tích động lực học của các kết cấu này rất phức tạp. Chúng cần xét đến tương tác giữa các lớp vật liệu và gân gia cường.
1.3. Các vấn đề nghiên cứu động lực học
Nghiên cứu tập trung vào phân tích động lực học của tấm composite áp điện có gân gia cường. Mục tiêu là hiểu rõ hành vi dao động tự do và đáp ứng động dưới tải trọng. Các vấn đề bao gồm xác định tần số riêng và hình thái dao động. Cần xem xét ảnh hưởng của các thông số thiết kế. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của các cấu trúc. Nghiên cứu cũng khảo sát ổn định của tấm trong môi trường chịu tải trọng.
II.Phân tích động lực học phi tuyến tấm composite áp điện
Phần này đi sâu vào phương pháp phân tích động lực học phi tuyến cho tấm composite áp điện có gân gia cường. Quá trình bắt đầu từ việc thiết lập các mô hình cơ học và điện. Các quan hệ ứng xử của vật liệu composite nhiều lớp và vật liệu áp điện được xác định. Sau đó, các phương trình vi phân phi tuyến mô tả dao động của cấu trúc được xây dựng. Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được áp dụng để giải các bài toán dao động tự do và cưỡng bức. Phân tích ổn định động cũng được thực hiện. Điều này đảm bảo tính toàn vẹn của kết cấu dưới tải trọng khí động. Toàn bộ quy trình cung cấp một khung khổ lý thuyết vững chắc để nghiên cứu hành vi động của hệ thống phức tạp này. Việc này bao gồm cả ảnh hưởng của hiệu ứng áp điện và cấu trúc gân gia cường.
2.1. Thiết lập mô hình cơ học và điện
Mô hình tấm composite nhiều lớp được xây dựng dựa trên lý thuyết tấm Mindlin hoặc Shear Deformable Plate Theory (SDPT). Các quan hệ ứng xử cơ học của tấm composite áp điện được thiết lập. Đặc biệt chú ý đến vật liệu áp điện và hiệu ứng áp điện. Gân gia cường được mô hình hóa như các phần tử dầm hoặc bằng cách phân bố thuộc tính của chúng vào tấm. Các trường chuyển vị, biến dạng và ứng suất được xác định. Các thành phần nội lực cũng được tính toán. Mô hình điện bao gồm các phương trình liên quan đến điện trường và điện áp.
2.2. Xây dựng phương trình vi phân dao động
Phương trình vi phân phi tuyến mô tả dao động của tấm composite áp điện có gân gia cường được thiết lập. Phương trình này bao gồm các tải trọng khí động. Các thành phần phi tuyến được đưa vào để phản ánh chính xác hành vi của cấu trúc. Quá trình này bắt đầu từ các phần tử tấm composite có lớp áp điện. Sau đó, nó mở rộng sang các phần tử có gân gia cường. Cuối cùng, phương trình tổng thể của hệ được xây dựng. Ma trận tổng thể và véc tơ tải trọng tổng thể được xác định.
2.3. Giải pháp số cho bài toán động lực học
Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH) được sử dụng để giải các phương trình dao động. Thuật toán PTHH giải quyết cả bài toán dao động tự do và dao động cưỡng bức. Bài toán dao động tự do giúp xác định tần số riêng và hình thái dao động của tấm. Bài toán dao động cưỡng bức phân tích đáp ứng động dưới tác dụng của các tải trọng bên ngoài. Phân tích ổn định của tấm composite áp điện cũng được thực hiện. Tiêu chuẩn ổn định động Budiansky-Roth được áp dụng. Điều này đảm bảo tính tin cậy của các kết quả phân tích.
III.Khảo sát số dao động và ổn định tấm composite áp điện
Phần này trình bày kết quả khảo sát số về dao động và ổn định của tấm composite áp điện có gân gia cường. Các nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau. Mục tiêu là xác định tần số riêng, hình thái dao động và đáp ứng động của tấm. Đặc biệt, các yếu tố như vận tốc dòng khí, điều kiện biên và đặc tính vật liệu được phân tích chi tiết. Miền ổn định của tấm cũng được xác định, cung cấp thông tin quan trọng cho thiết kế an toàn. Kết quả khảo sát số giúp tối ưu hóa thiết kế và dự đoán hành vi của tấm dưới các điều kiện hoạt động thực tế. Phân tích dao động tự do cung cấp cái nhìn sâu sắc về đặc tính động cơ bản của hệ thống. Các LSI keywords như 'dao động tự do', 'tần số riêng', 'hình thái dao động' được tập trung khai thác trong phần này.
3.1. Phân tích dao động tự do và tần số riêng
Khảo sát số tập trung vào các đặc trưng động lực học. Tần số riêng và hình thái dao động của tấm composite áp điện được xác định. Các yếu tố như vật liệu áp điện và cấu trúc gân gia cường ảnh hưởng lớn. Phân tích này là cơ sở để đánh giá đáp ứng động của tấm. Nó giúp dự đoán hành vi của cấu trúc dưới các điều kiện vận hành khác nhau. Kết quả này rất quan trọng trong thiết kế kỹ thuật.
3.2. Ảnh hưởng các yếu tố đến đáp ứng động
Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến dao động và ổn định của tấm. Vận tốc dòng khí, tỷ số chiều dày/bề rộng tấm (h/W) được khảo sát. Điều kiện liên kết biên và góc đặt cốt cũng tác động đáng kể. Kích thước gân gia cường và góc tới của dòng khí là các thông số quan trọng. Điện áp V áp đặt lên lớp áp điện cũng thay đổi đáp ứng động. Các tính chất cản của vật liệu ảnh hưởng đến sự suy giảm dao động. Phân tích này cung cấp cái nhìn sâu sắc về thiết kế tối ưu.
3.3. Miền ổn định của tấm composite áp điện
Nghiên cứu xác định miền ổn định của tấm composite áp điện. Các thông số thay đổi bao gồm điện áp và góc đặt cốt. Việc hiểu rõ miền ổn định giúp ngăn ngừa hiện tượng mất ổn định. Nó đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả của cấu trúc. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong các ứng dụng thực tế. Đặc biệt là trong các hệ thống yêu cầu độ tin cậy cao. Phân tích này là một phần không thể thiếu trong thiết kế kỹ thuật.
IV.Nghiên cứu thực nghiệm đáp ứng động tấm composite
Phần cuối cùng của tài liệu trình bày về nghiên cứu thực nghiệm. Mục đích là xác nhận các kết quả lý thuyết và số đã đạt được. Hệ thống thí nghiệm được mô tả chi tiết, bao gồm các thiết bị đo lường và quy trình thực hiện. Các phép đo đáp ứng động của tấm composite áp điện được tiến hành dưới nhiều điều kiện khác nhau. Dữ liệu thực nghiệm thu được giúp đánh giá chính xác tần số riêng và các đặc trưng dao động khác. Kết quả thực nghiệm được so sánh kỹ lưỡng với kết quả từ mô hình tính toán. Sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm khẳng định độ tin cậy của phương pháp phân tích. Điều này củng cố kiến thức về phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường. Quá trình kiểm chứng này là cần thiết cho sự phát triển của công nghệ. Nó cũng nâng cao độ tin cậy trong các ứng dụng thực tế.
4.1. Mô tả và thiết lập hệ thống thí nghiệm
Phần này trình bày chi tiết về quá trình nghiên cứu thực nghiệm. Hệ thống thí nghiệm được mô tả rõ ràng. Nó bao gồm các thiết bị đo đáp ứng động tiên tiến. Bộ phát tín hiệu chuẩn được sử dụng để kích thích tấm. Các cảm biến được lắp đặt để ghi lại dữ liệu dao động. Mục tiêu là tái tạo các điều kiện tải trọng thực tế. Thiết lập này đảm bảo độ chính xác và tin cậy của dữ liệu thu được.
4.2. Đo lường đáp ứng động và kết quả
Các phép đo đáp ứng động của tấm composite áp điện được thực hiện. Dữ liệu dao động được thu thập dưới các điều kiện tải trọng khác nhau. Các thông số như tần số riêng và biên độ dao động được ghi lại. Kết quả thực nghiệm cung cấp bằng chứng cụ thể về hành vi động lực học. Dữ liệu này rất quan trọng để so sánh với các kết quả tính toán số.
4.3. Đánh giá kết quả và kiểm chứng mô hình
Kết quả thực nghiệm được so sánh với kết quả từ phân tích số. Mục đích là kiểm tra mức độ tin cậy của mô hình lý thuyết và chương trình tính. Sự phù hợp giữa thực nghiệm và lý thuyết khẳng định tính chính xác của phương pháp. Nó cũng xác nhận sự hiểu biết về phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường. Việc kiểm chứng này nâng cao độ tin cậy của các giải pháp thiết kế.
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (194 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Nguyễn Ngọc Thủy PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC TẤM COMPOSITE ÁP ĐIỆN CÓ GÂN GIA CƯỜNG CHỊU TẢI TRỌNG KHÍ ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ Nguyễn Ngọc Thủy PHÂN TÍCH ĐỘNG LỰC HỌC TẤM COMPOSITE ÁP ĐIỆN CÓ GÂN GIA CƯỜNG CHỊU TẢI TRỌNG KHÍ ĐỘNG Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã ngành: 9.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Thái Chung Hà Nội - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Ngọc Thủy xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tác giả Nguyễn Ngọc Thủy LêI C¶M ¥N T¸c gi¶ luËn ¸n xin bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµnh ®èi víi GS.TS NguyÔn Th¸i Chung ®· tËn t×nh híng dÉn, gióp ®ì vµ cho nhiÒu chØ dÉn khoa häc cã gi¸ trÞ gióp cho t¸c gi¶ hoµn thµnh luËn ¸n nµy. T¸c gi¶ tr©n träng sù ®éng viªn, khuyÕn khÝch vµ nh÷ng kiÕn thøc khoa häc còng nh chuyªn m«n mµ ThÇy híng dÉn ®· chia sÎ cho t¸c gi¶ trong nh÷ng n¨m qua, gióp cho t¸c gi¶ n©ng cao n¨ng lùc chuyªn m«n vµ ph¬ng ph¸p nghiªn cøu.
T¸c gi¶ tr©n träng c¶m ¬n L·nh ®¹o Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù, tËp thÓ Bé m«n C¬ häc vËt r¾n, Khoa C¬ khÝ, Phßng Sau ®¹i häc - Häc viÖn Kü thuËt qu©n sù, Phßng thÝ nghiÖm Träng ®iÓm Quèc gia/ §¹i häc B¸ch khoa/§¹i häc Quèc gia TP Hå ChÝ Minh ®· t¹o mäi ®iÒu kiÖn thuËn lîi, hîp t¸c trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu. T¸c gi¶ xin tr©n träng c¶m ¬n GS.NGND Hoµng Xu©n Lîng - Häc viÖn Kü thuËt Qu©n sù, GS.NGND §µo Huy BÝch - §¹i häc quèc gia Hµ Néi, GS.TS TrÇn Ých ThÞnh - §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· cung cÊp cho t¸c gi¶ nhiÒu tµi liÖu quý hiÕm, c¸c kiÕn thøc khoa häc hiÖn ®¹i vµ nhiÒu lêi khuyªn bæ Ých, chØ dÉn khoa häc cã gi¸ trÞ ®Ó NCS hoµn thµnh luËn ¸n nµy. Cuèi cïng, t¸c gi¶ xin bµy tá lßng c¶m ¬n Thñ trëng Tæng côc C«ng nghiÖp Quèc phßng, Thñ trëng Côc Qu¶n lý C«ng nghÖ/Tæng côc CNQP vµ c¸c ®ång nghiÖp, cïng víi nh÷ng ngêi th©n trong gia ®×nh ®· th«ng c¶m, ®éng viªn vµ chia sÎ nh÷ng khã kh¨n víi t¸c gi¶ trong suèt thêi gian nghiªn cøu ®Ó hoµn thµnh luËn ¸n. T¸c gi¶ NguyÔn Ngäc Thñy iii MỤC LỤC Trang Lời cam đoan.
iii Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt. vii Danh mục các bảng .xiii Danh mục các hình vẽ, đồ thị. xiv MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.
Sơ lược về hiện tượng áp điện và ứng dụng trong kỹ thuật. Tổng quan về kết cấu tấm composite áp điện. Các mô hình lực khí động sử dụng tính toán kết cấu. Tổng quan về tình hình nghiên cứu về kết cấu tấm composite áp điện.
Các kết quả đạt được từ các công trình đã công bố. Các vấn đề cần được tiếp tục nghiên cứu. Kết luận rút ra từ tổng quan. PHÂN TÍCH PHI TUYẾN ĐỘNG LỰC HỌC TẤM COMPOSITE ÁP ĐIỆN CÓ GÂN GIA CƯỜNG CHỊU TẢI TRONG KHÍ ĐỘNG.
Đặt bài toán và các giải thiết. Quan hệ ứng xử cơ học của tấm composite lớp có gân gia cường. Quan hệ ứng xử cơ học của tấm composite lớp. Quan hệ biến dạng và chuyển vị.
Quan hệ ứng suất và biến dạng. Các thành phần nội lực. Các quan hệ ứng xử cơ học của tấm composite lớp. Quan hệ ứng xử cơ học của gân gia cường.
Trường chuyển vị. Trường biến dạng. Trường ứng suất. Quan hệ ứng xử cơ học của tấm composite áp điện có gân gia cường.
Ứng xử của lớp áp điện. Ứng xử của tấm n lớp composite và m lớp áp điện. Thiết lập phương trình vi phân phi tuyến mô tả dao động của phần tử tấm composite áp điện có gân gia cường chịu tải trọng khí động. Phần tử tấm composite có lớp áp điện.
Phần tử tấm composite áp điện có gân gia cường. Phần tử tấm composite áp điện có gân gia cường chịu tải trọng khí động. Xây dựng ma trận tổng thể của kết cấu từ ma trận phần tử. Ma trận tổng thể.
Véc tơ tải trọng tổng thể. Phương trình mô tả dao động của hệ. Thuật toán PTHH giải phương trình dao động của tấm composite áp điện có gân gia cường chịu tải trọng khí động. Bài toán dao động tự do.
Bài toán dao động cưỡng bức. Phân tích ổn định của tấm composite áp điện có gân gia cường chịu tác dụng của lực khí động. Tiêu chuẩn ổn định động của Budiansky-Roth. Phân tích ổn định của tấm composite áp điện có gân gia cường chịu tải trọng khí động.
Giới thiệu chương trình và kiểm tra mức độ tin cậy. Giới thiệu chương trình tính. Kiểm tra độ tin cậy của chương trình. Kết luận chương 2.
KHẢO SÁT SỐ VÀ THẢO LUẬN. Bài toán xuất phát. Ảnh hưởng của một số yếu tố đến dao động và ổn định của tấm composite áp điện có gân gia cường chịu tải trọng khí động. Ảnh hưởng của vận tốc dòng khí.
Ảnh hưởng của lớp áp điện. Ảnh hưởng của tỷ số giữa chiều dày và bề rộng của tấm (h/W). Ảnh hưởng của điều kiện liên kết. Ảnh hưởng của góc đặt cốt.
Ảnh hưởng của góc tới. Ảnh hưởng của kích thước gân. Ảnh hưởng của điện áp V áp đặt lên lớp áp điện. Ảnh hưởng của kích thước tấm áp điện.
Ảnh hưởng của tính chất cản. Miền ổn định của tấm khi điện áp và góc đặt cốt thay đổi. Kết luận chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM.
Mô tả thí nghiệm. Thiết lập thí nghiệm. Thiết bị đo đáp ứng động. Bộ phát tín hiệu chuẩn.
Bộ khuếch đại piezo tuyến tính EPA-104-230. Bộ thu nhận dữ liệu 2 kênh áp điện HnB75B. Thiết bị tạo gió (hầm gió). Phương pháp xác định gia tốc, biến dạng của kết cấu.
Cơ sở phân tích và xử lý kết quả thí nghiệm. Thí nghiệm và kết quả thu được. Kết luận chương 4. 136 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.
138 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ. 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO. Các biểu thức và kết quả thí nghiệm chương 4. Mã nguồn chương trình SMART_STIFFENED_PLATE_2018 (SSP_2018).
170 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 1. Danh mục các ký hiệu 1. Các ký hiệu bằng chữ La tinh [A] Ma trận độ cứng màng của tấm composite có lớp áp điện [A]c Ma trận độ cứng màng của tấm composite Ae Công ngoại lực của phần tử Ae Diện tích phần tử [B] Ma trận độ cứng màng - uốn - xoắn của tấm composite có lớp áp điện [B]c Ma trận độ cứng màng - uốn - xoắn của tấm composite [BL] Ma trận quan hệ biến dạng tuyến tính – chuyển vị nút phần tử [BN] Ma trận quan hệ biến dạng phi tuyến – chuyển vị nút phần tử [B] Ma trận tính điện trường [C], [C’] Ma trận các hằng số độ cứng của tấm composite trong hệ tọa độ 1, 2, 3 và x, y, z Cp Hệ số áp lực khí động C Ma trận hệ số độ cứng của vật liệu áp điện C A Ma trận cản áp điện tổng thể. CeA Ma trận cản áp điện phần tử CR Ma trận cản kết cấu tổng thể CeR Ma trận cản kết cấu của phần tử Ceair Ma trận cản khí động của phần tử [D]c Ma trận độ cứng uốn của tấm composite [D] Ma trận độ cứng uốn của tấm composite có lớp áp điện viii {D} Véc tơ điện tích cảm ứng {DM} Véc tơ điện tích cảm ứng do biến dạng cơ học {DE} Véc tơ điện tích cảm ứng do điện trường tác dụng [d] Ma trận hệ số biến dạng áp điện E1, E2 Mô đun Young dọc, mô đun Young ngang của lớp vật liệu {E} Véc tơ cường độ điện trường [e] Ma trận hệ số ứng suất áp điện {F} Véc tơ tải trọng cơ học {FM} Véc tơ tải trọng cơ học tổng thể {Fa} Véc tơ lực khí động f e an Véc tơ lực khí động của phần tử f , f , f Véc tơ lực khối, véc tơ lực bề mặt, véc tơ lực tập e b s e e c trung phần tử.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" nghiên cứu về vấn đề gì?
Luận án kỹ thuật phân tích động lực học tấm composite áp điện gân gia cường dưới tải trọng khí động. Nghiên cứu sâu hành vi vật liệu.
Luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Học viện Kỹ thuật Quân sự. Năm bảo vệ: 2020.
Luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" thuộc chuyên ngành Cơ kỹ thuật. Danh mục: Cơ Kỹ Thuật.
Luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" có bao nhiêu trang?
Luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" có 194 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Phân tích động lực học tấm composite áp điện có gân gia cường" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.