復(fù)合材料梁及鋼框架壓電-SMA主動(dòng)控制分析的開題報(bào)告

復(fù)合材料梁及鋼框架壓電-SMA主動(dòng)控制分析的開題報(bào)告一、研究背景及意義復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，然而其結(jié)構(gòu)受到外界的變化，如風(fēng)、地震等因素的影響，造成結(jié)構(gòu)的振動(dòng)及應(yīng)力變化，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命，因此需要進(jìn)行主動(dòng)控制。壓電材料和形狀記憶合金(SMA)作為一種新型的智能材料，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制領(lǐng)域。壓電材料具有壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能或者將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而SMA具有形狀記憶和超彈性等特點(diǎn)，在受到外界溫度、應(yīng)力變化時(shí)能夠發(fā)生形變。因此，通過壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)，可以在結(jié)構(gòu)受到外界變化時(shí)，通過對(duì)壓電-SMA材料輸入電磁場(chǎng)或者電流，來產(chǎn)生彎曲或者拉伸應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的形變，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制。二、研究目的及內(nèi)容本文旨在探究復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)的壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)，并對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析和研究。具體內(nèi)容包括：1.建立復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并通過有限元方法仿真該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)及應(yīng)力變化情況。2.研究壓電-SMA材料在不同溫度、應(yīng)力下的形變規(guī)律，并建立壓電-SMA材料的數(shù)學(xué)模型。3.基于壓電-SMA材料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)壓電-SMA主動(dòng)控制系統(tǒng)，并分析該系統(tǒng)的控制效果。4.通過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，分析壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)及應(yīng)力的控制效果。5.總結(jié)壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)在結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域的應(yīng)用效果，并對(duì)其未來發(fā)展進(jìn)行展望。三、研究方法及流程1.建立復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并通過有限元方法仿真該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)及應(yīng)力變化情況。2.研究壓電-SMA材料在不同溫度、應(yīng)力下的形變規(guī)律，并建立壓電-SMA材料的數(shù)學(xué)模型。3.基于壓電-SMA材料的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)壓電-SMA主動(dòng)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，分析該系統(tǒng)的控制效果。4.通過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，分析壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)及應(yīng)力的控制效果。5.總結(jié)壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)在結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域的應(yīng)用效果，并對(duì)其未來發(fā)展進(jìn)行展望。四、預(yù)期成果及創(chuàng)新點(diǎn)1.對(duì)復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)的壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究，探究其在結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域的應(yīng)用效果。2.利用有限元法建立復(fù)合材料梁及鋼框架的數(shù)學(xué)模型，分析其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)特性，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。3.研究壓電-SMA材料的形變規(guī)律，建立壓電-SMA材料的數(shù)學(xué)模型，并探究其在結(jié)構(gòu)控制中的應(yīng)用。4.通過設(shè)計(jì)壓電-SMA主動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證該技術(shù)的效果。5.通過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，分析壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)及應(yīng)力的控制效果，并對(duì)改進(jìn)該技術(shù)提出創(chuàng)新點(diǎn)。六、研究的難點(diǎn)及解決方案1.建立復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，并通過有限元方法仿真該結(jié)構(gòu)的振動(dòng)及應(yīng)力變化情況。難點(diǎn)：復(fù)合材料梁及鋼框架的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其耦合效應(yīng)及動(dòng)態(tài)特性難以分析，并需要考慮結(jié)構(gòu)不同部位的受力情況。解決方案：利用有限元法建立精確的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而探究結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。2.研究壓電-SMA材料的形變規(guī)律，并建立壓電-SMA材料的數(shù)學(xué)模型。難點(diǎn)：壓電-SMA材料的形變規(guī)律受溫度、應(yīng)力等因素的影響，并需要考慮各種因素之間的復(fù)雜關(guān)系。解決方案：根據(jù)壓電-SMA材料的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值分析方法，探究各種因素之間的關(guān)系，并建立精確的數(shù)學(xué)模型。3.設(shè)計(jì)壓電-SMA主動(dòng)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，分析該系統(tǒng)的控制效果。難點(diǎn)：壓電-SMA主動(dòng)控制系統(tǒng)需要考慮控制算法、控制器和執(zhí)行器的設(shè)計(jì)等因素，且其實(shí)現(xiàn)過程涉及到多種復(fù)雜的物理過程。解決方案：采用模擬實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)壓電-SMA主動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬，并綜合考慮控制算法、控制器和執(zhí)行器的設(shè)計(jì)。4.檢驗(yàn)壓電-SMA主動(dòng)控制技術(shù)對(duì)復(fù)合材料梁及鋼框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)及應(yīng)力的控制效果。難點(diǎn)：壓電-SMA主動(dòng)控制技