研究可移简支及夹支边界条件下,轴对称压电层合圆板在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形.考虑电致伸缩的非线性压电效应及几何非线性的影响,导出轴对称压电层合圆板的控制方程.通过调整坐标轴的位置对控制方程进行简化,得到关于挠度和径向力的4阶非线性控制方程.再通过简单的积分并引入无量刚变量将控制方程等价地化为2阶非线性耦合微分方程组.利用幂级数法得到可移简支及夹支边界条件下强电场和均布荷载共同作用时的挠度、径向力及径向位移的幂级数精确解.通过对双、单压电晶片执行器的数值计算及分析,得到电场、外载对于位移、径向力的影响关系.

本文研究简支，固支和悬臂压电层合梁在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形。考虑材料的电致伸缩和电致弹性压电效应以及几何非线性导出压电层合梁的数学模型。并求得在电场和均布力联合作用下各种边界条件梁的挠度和位移解析表达式。通过对双压电晶片梁和单压电晶片梁的数值计算及分析得到线性与非线性模型之间的差别和适用范围。

针对发生面内弯曲、超弹性材料气动齿状软体驱动器,从非线性本构关系出发,考虑几何非线性,基于绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)建立二维多梁结构的动力学模型。考虑多点接触,采用罚函数法对相邻气腔之间的软接触问题建模,避免相邻气腔之间的互相穿透,并能准确模拟相邻气腔从不接触到充分接触的变拓扑过程;相比于ANCF实体单元模型,二维梁模型计算规模小,更加高效。通过气动弯曲试验和ABAQUS仿真,验证理论模型的计算精度;在此基础上研究重力对软体驱动器构型的影响,分析充气速率和最终加载气压值对其动力学响应的影响。

以一个端盖密封为例,借助Abaqus有限元分析软件,使用Gasket单元,分析了材料非线性垫片在不同螺栓扭矩螺栓预紧情况下的的受压与剪切的应力分布,并结合理论分析对垫片进行校核。

从复合管液压成形力学模型、边界条件约束和弹塑性分析的角度,讨论了塑性成形过程力学计算模型的差异,分析了双金属复合管液压成形过程应力、应变以及残余应力的非线性分布规律,提供了准确的有限元分析模型以及胀接区间确定方法,探究了基管和衬管间初始间隙对结果的影响。结果表明:双金属复合管成形过程是一个复杂的非线性过程,传统的模型对残余接触应力的计算存在误差;建立了考虑变形协调和轴向等效应力的液压胀接过程模型,利用应力变化曲线关系准确地确定了胀接应力区间;胀接完成后基管和衬管最大应力点为衬管外壁;制管时应减小复合管初始间隙。

针对非线性Lamb波在材料特性检测中对噪声的敏感性,提出基于Duffing-Holmes系统的材料非线性检测方法。该方法确定Duffing-Holmes系统临界策动力调整Duffing-Holmes系统进入临界状态,并将待测信号经延拓滤波再等比放缩后作为系统扰动输入,建立信号放缩系数与动力学特征指数——Lyapunov指数——之间的线性模型。通过参考信号的Lyapunov指数与线性模型联立求解,实现在噪声干扰下对材料非线性系数的准确检测。经试验证明,该方法有效提高了材料非线性指数的抗噪能力与非线性Lamb的检测范围。

通过Solid Works和Wor kbench对4000t自升式风电安装平台的液压升降装置中的上环梁进行建模和分析,使用子模型校核了插销失效工况,校核中采用了材料非线性方式,结果表明,所设计的上环梁能够满足强度要求。