鲁本·安德烈斯·萨拉斯;拉米雷斯-吉尔，弗朗西斯科·哈维尔;威尔弗雷多·蒙特雷格里·鲁比奥;埃米利奥·卡洛斯·内利·席尔瓦;雷迪，J.N。 考虑纤维取向的叠层压电复合材料多元致动器的优化动态设计。 （英语） 兹比尔1440.74275 计算。方法应用。机械。工程师。 335, 223-254 (2018). 摘要：叠层压电复合材料致动器（LAPA）是由压电和非压电材料层组成的结构。由于LAPA的设计涉及多个参数和多物理领域，在工业应用中通常会发现简单形式。然而，它的设计可以通过使用允许解决复杂问题的拓扑优化方法（TOM）进行系统化。采用TOM的LAPA设计传统上考虑了各向同性基板上压电材料的优化，但一些先前的研究表明，包括纤维增强复合层的LAPA可以提高这些传感器的性能。此外，尽管实际中使用了其他信号输入，但处理光纤复合材料的工作重点是正弦激励下的静态或谐波分析。事实上，基于光纤的LAPA在瞬态状态下的设计以前还没有进行过评估。因此，本文提出了一种使用TOM设计LAPA的方法。执行器通过组合波形进行电激励：正弦波被视为谐波问题，阶跃激励被视为瞬态问题。两种波具有相同的频率，但它们不是同时应用的。这种方法允许开发多元件执行器，因为它产生的输出位移水平与励磁输入类型无关。因此，以材料在所有层中的分布、压电层中的极化符号和复合层中的纤维取向角为目标，建立了优化问题，其中目标函数同时寻求执行器某些点的振幅及其响应速度的最大化。有限元法（FEM）中使用了考虑压电效应的八节点壳单元，并采用“分层理论”对层合结构进行建模方法被用来解决瞬态问题。为了优化材料分布和极化符号，分别使用了经典的SIMP和PEMAP-P模型，而为了优化复合材料中的纤维取向角，提出了一种新的自惩罚插值模型。该优化问题通过使用序列线性规划（SLP）技术和CVX求解器进行求解，并使用伴随法进行灵敏度分析。应用离散信号处理的概念来解决瞬态分析中涉及时间积分法获得的曲线特定点的伴随问题。采用数值技术避免TOM不稳定性。最后，通过两个数值例子证明了该方法的潜力。 引用于5文件 理学硕士： 第74页第10页 固体力学中其他性质的优化 2015年1月74日 固体力学中的电磁效应 关键词：拓扑优化方法;叠层压电复合材料结构;纤维基复合材料;多元器件;瞬态分析;响应时间缩短 软件：PROMAL公司;前88.m;顶部。米 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{R.A.Salas}等人，计算。方法应用。机械。工程335、223--254（2018；Zbl 1440.74275） 全文： 内政部 参考文献： [1] Reddy，J.N.，《层压复合材料板壳的力学：理论与分析》（2003），CRC出版社：佛罗里达州博卡拉顿CRC出版社 [2] Smith，W.，《压电复合材料在超声波换能器中的作用》，（《IEEE超声波研讨会论文集》，第2卷（1989年），电气与电子工程师学会（IEEE）：蒙特利尔电气与电子工程学会，755-766 [3] Chawla，K.K.，《复合材料：科学与工程》（2012），Springer:Springer New York [4] Ballas，R.G.，（压电多层梁弯曲致动器：静态和动态行为以及传感器集成方面。压电多层梁弯曲致动器：动态和静态行为以及传感器整合方面，微技术和MEMS（2007），Springer:Springer Berlin，Heidelberg） [5] Uchino，K.，压电致动器，（Akay，M.，Wiley生物医学工程百科全书（2006），John Wiley&Sons，Inc.：John Wiley&Sons，Inc.，美国新泽西州霍博肯），1-11 [6] Uchino，K.，《压电复合材料》，（《先进压电材料：科学技术、电子和光学材料》（2010），爱思唯尔出版社），318-346，（第9章） [7] 沃森，B。；朋友J。；Yeo，L.，定子直径小于（250\操作员姓名{\mu}\）m的压电超声谐振电机：Proteus电机，J.Micromech。美工。，19, 2, 22001 (2009) [8] Sun，D。；王，S。；樱井，J。；Choi，K.-B。；Shimokohbe，A。；Hata，S.，一种压电线性超声波电机，具有圆形圆柱形定子和滑块的结构，Smart Mater。结构。，19, 4, 9 (2010) [9] Sun，H。；Yang，Z。；李凯。；李，B。；谢军。；Wu，D。；Zhang，L.，使用压电分流阻尼和拓扑优化的压电换能器抑制硬盘驱动器执行器臂的振动，Smart Mater。结构。，18, 6, 065010 (2009) [10] 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