该文基于正挠曲电效应建立了开口圆柱壳结构的挠曲电传感器模型。首先分析了开口圆柱壳的动态响应特性; 其次根据正挠曲电效应，建立了由动态应变梯度引起的挠曲电传感理论，并推导出模态电压的表达式,挠曲电效应引起的挠曲电传感信号由长度方向弯曲应变引起的挠曲电信号与圆周方向弯曲应变引起的挠曲电信号两部分组成,分析了挠曲电片无限小时各点的分布式传感特性; 最后分析了不同模态的频率及弯曲角度对挠曲电传感信号的影响，对比分析了不同方向弯曲应变引起的挠曲电信号的不同作用。研究结果表明，该分析结果对优化开口圆柱壳结构的传感特性有重要意义。

针对可穿戴设备电源的供电及续航问题, 采用了筒壳结构的压电能量收集器。探究了可穿戴筒壳结构压电能量收集器俘能的本质, 并提出结构优化设计方案。首先指出筒壳结构的承载能力和初始能量与厚度成正比, 且随着跨度的增大而减小; 其次通过有限元仿真研究了基底和聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜尺寸与应力、应变的关系, 指出PVDF的尺寸应尽可能与应力、应变较大的区域相符合, 没必要完全覆盖基底, 并给出优化模型; 最后通过实验验证了厚度、跨度和曲率半径优化尺寸的合理性, 综合考虑了人体穿戴的舒适度。优化设计方案中, 筒壳结构的厚为125~150 μm, 跨度为19~22.2 mm, 曲率半径为10~15 mm, 输出电压可达13~18 V。

针对圆柱壳结构的减振问题, 本文提出一种局域共振型圆柱壳类声子晶体结构, 通过在圆柱壳圆周方向布置弹簧振子实现。该声子晶体的能带结构研究结果表明, 该结构能够形成两条低频带隙, 一条带隙的起始频率低至650 Hz, 带宽为330 Hz, 另一条带隙具有更低的频率范围, 为0~371 Hz, 带隙的形成是由于圆柱壳和弹簧振子振动的耦合。进一步分析了声子晶体的圆柱壳质量与弹簧振子的质量比、弹簧振子的刚度和元胞宽度对带隙的影响。对有限周期圆柱壳结构的传输特性分析, 验证了局域共振型圆柱壳声子晶体在带隙范围内的抑制振动的能力。研究结果为圆柱壳结构的减振问题提供了理论参考。

通过数值计算模拟了激光诱导充压柱壳的热力破坏效应，研究了典型结构的动态爆裂过程，获得的破坏模式与实验结果基本一致。给出了三类典型破坏模式及其对应的参数范围，探讨了各类破坏模式的形成机理，并分析了不同光斑尺寸、壳体厚度条件下热软化效应对破坏内压阈值的影响，以及预内压与破坏时间的关系。研究结果表明：光斑半径越大、热软化程度越高，柱壳的破坏内压阈值越低，且破坏内压阈值随着壳体厚度的减小呈线性下降；给定激光参数和壳体参数下破坏时间随预充内压增大而减小并呈二次函数关系。给出了一种通过热软化程度预估激光诱导充压柱壳破坏时间的方法。

高功率激光对承力结构的破坏机理研究，可以拓展激光技术的应用范围。为了研究光束强度分布对激光辐照下柱壳热力学行为，采用有限元方法建立充压柱壳的热力学模型，先保持激光辐照总功率相等，将几种典型激光束进行分析比较，并研究了充压柱壳在各种光束辐照下的热力学响应。结果表明，光强分布对圆柱壳的温度、应力以及位移场分布具有重要影响，在不同光强分布的激光束辐照下圆柱壳将具有不同的破坏模式和破坏时刻。

采用有限元方法模拟了激光辐照下充压柱壳的热力学响应, 计算了不同工况下结构的瞬态温度场和应力场, 根据材料强度准则判断了柱壳的破坏时刻, 并提出了一种预测激光辐照下充压柱壳破坏能量阈值的数值方法。研究了壳体厚度和内压大小对柱壳破坏能量阈值的影响, 并给出了典型工况下柱壳破坏能量阈值同壳体厚度以及充压大小的关系。数值计算结果表明：破坏能量密度阈值与壳体厚度、内压大小近似成线性关系, 壳体厚度比内压大小对柱壳的激光破坏能量阈值影响更大。

为了在实验室设计激光辐照金属充压柱壳的损伤形态,对壳体损伤形态相关的靶面激光参数估计问题进行了研究。在忽略沿柱壳壁面热传导的条件下,给出了壳壁温度分布的解析表达式；根据随温度变化的材料力学参量和内压载荷,分析了壳体激光加热区内热裂纹的生成、稳定扩展和失稳扩展,推导出了壳体发生三种损伤形态的靶面激光参数估计表达式。针对30CrMnSi钢壳体进行了数值计算分析,数值结果与实验现象基本一致。研究结果表明,在给定目标特性条件下,充压柱壳激光辐照效应的损伤形态可以通过选择激光器参数来实验设计。

采用有限元方法数值模拟在连续激光辐照下旋转柱壳温度场的变化和分布情况,并分析了热性能参数对温度场造成的影响,同时还比较分析了不同旋转频率对柱壳温度场分布的影响.结果表明,激光作用下旋转柱壳的温升大大低于静止柱壳的温升,外表面温度呈现出与旋转频率相符的周期性上升过程,而内表面温升由于热传导的原因在较小频率下才表现出这种周期性,当频率增大到一定值时,内表面温升不出现周期性的台阶而是曲线上升.

基于热弹机理 ,结合激光超声的特点阐述了用有限元法研究激光超声的注意点 ,给出了有限元单元长度和时间步长的选取原则 ,并把有限元方法成功应用于管状材料中激光超声的研究 ,在考虑材料热物理参数随温度变化的前提下首先得到了薄铝管中的温度场 ,再用得到的最高温度场作为加载得到了薄铝管中的超声Lamb波。可见 ,有限元方法用于研究激光超声是非常有效的。