机械工程学报

作者：薛婷, 秦现生, 张顺琦, 王战玺, 白晶

单位：1. 西北工业大学机电学院 西安 710072;2. 西安建筑科技大学机电工程学院 西安 710055;3. 上海大学机电工程与自动化学院 上海 200444

关键词：一阶剪切变形大转角几何全非线性理论,纤维压电,梯度分布,几何非线性；

基金：国家自然科学基金青年（11602193，51505380，11972020）、陕西省重点研发计划（2016KTZDGY4-03）、陕西省科技创新（2016KTZDGY4-12）和“111计划”（B13044）资助项目。

航天环境中大型挠性结构的振动衰减一直是亟待攻克的难题，粗纤维压电（Micro-fiber composite，MFC）的高柔性、强制动力特点以及碳纳米管（Carbon nanotube，CNT）的超高弹性模量、低密度属性使得CNT梯度增强纤维压电智能结构特别适用于航天高落差温度环境，基于一阶剪切变形大转角几何全非线性理论（First order shear deformation-large rotation theory，FSDT-LRT56）建立碳纳米管梯度增强粗纤维压电复合板壳分析模型具有重要的意义。模型中区别了两种结构的粗纤维压电，即MFC-d31和MFC-d33。悬臂梁板壳结构的力学响应及功能梯度碳纳米管频域分析验证了模型的准确性，基于该模型探究了碳纳米管增强体的分布形式、压电纤维角度对其力学性能的影响。研究表明，几何全非线性模型更能真实地反映板壳结构的实际变形情况；X型功能梯度分布可以更有效地改善板壳的刚度，使板壳力学性能最佳；MFC控制方式及纤维角度是板壳形状控制的主要因素，控制纤维角为90°时，结构变形取得最小值；不同的控制模式对板壳扭转控制产生很大的区别。基于大转角几何全非线性理论对压电智能薄壳结构的仿真分析对实现航天领域内大型挠性部件的形状控制、振动抑制等具有巨大的应用价值。

来源：2020年第16期

《机械工程学报》期刊编辑部

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