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由压电陶瓷制成的传感器和执行器在检测领域已经得到了广泛的应用,并逐步应用到智能结构的形状控制中。 本文研究了压电材料的微型智能结构及其在模具腔体中的应用。 首先,在Kirchhff的平板理论的假设的基础上,运用Hamilton原理,建立了智能结构的理论模型和有限元模型。模型中考虑了机电耦合效应。通过所建立的有限元模型,在执行器上加上合适的电压就能够驱动结构变形并且结构变形带动传感器输出反馈电压以检测结构变形是否达到需要的精度。 继而,采用有限元分析软件Ansys9.0对本文提出的有限元模型的正确性进行了验证和分析,同时分析了压电陶瓷执行器的结构对输入输出特性的影响,并进一步讨论了压电陶瓷执行器与传感器的结构优化的问题。 然后,把本文提出的智能结构有限元模型应用到了模具腔体的形状控制中,针对微型多功能模具腔体进行了大量仿真计算。通过改变执行器的外载电压,分析了微型多功能模具的腔体变形。载仿真中采用了两种不同结构的执行器和传感器:第一种:传感器和执行器整层粘贴在腔体顶部的上下表面;第二种:多片传感器和执行器对称布局在腔体顶部的上下表面,它们的大小、数目和位置是可以根据不同的需要作任意调整。 文中对仿真结果进行了分析,并与相关文献中的理论解与数值解进行了比较。结果表明,本文的计算结果和其理论结果相吻合,证明本文所建立的智能结构有限元模型可以用于微结构的形状控制中。