(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111591266.4 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 (72)发明人 刘开园　徐明龙　张舒文　嵇辉　 (74)专利代理 机构 西安智大知识产权代理事务 所 61215 代理人 何会侠 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种横向尺寸变化的等应 变梯度悬臂梁 (57)摘要 本发明公开了一种横向尺寸变化的等应变 梯度悬臂梁， 该等应变梯度悬臂梁包括长、 宽、 高 三个尺寸； 长度方向为x 方向， 宽度方向为y方向， 高度方向为z方向； 宽为等应变梯度悬臂梁的横 向尺寸， 为x方向坐标的函数； 梁的自由端在沿z 方向的载荷作用下， 会产生沿x 方向的正应变， 正 应变沿z方向变化， 产生应变梯度； 通过改变等应 变梯度悬臂梁的宽在x方向的值， 使梁沿x 方向在 不同位置处的应变梯度相同。 本发 明为悬臂梁加 载方法下等应变梯度设计提供了有效的解决方 法。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 114239183 A 2022.03.25 CN 114239183 A 1.一种横向尺寸变化的等应变梯度悬臂梁， 其特征在于： 该等应变梯度 悬臂梁(1)包括 长、 宽、 高三个尺寸， 分别为l， b， h； 长度方向为x方向， 宽度方向为y方向， 高度方向为z方向， 原点位于等应变梯度悬臂梁夹持端的中间位置； 宽为等应变梯度悬臂梁的横向尺寸， 为x方 向坐标的函数； 梁的自由端在沿z方向的载荷作用下， 会产生沿x方向的正应变， 正应变沿z 方向变化， 产生应变梯度； 通过改变等应变梯度悬臂梁变截面区的宽在x方向的值， 使梁变 截面区沿x方向在不同位置处的应 变梯度相同。 2.根据权利要求1所述的一种横向尺寸变化的等应变梯度 悬臂梁， 其特征在于： 所述等 应变梯度悬臂梁(1)使用的材 料的弹性模量 为E， 对y轴的惯性矩为 在载荷F的作用下， 沿x方向的正应 变和沿z方向的应 变梯度为 通过定义等应变梯度悬臂梁变截面区的应变梯度为常数k， 推导出该等应变梯度悬臂 梁(1)变截面区的宽b为 3.根据权利要求1所述的一种横向尺寸变化的等应变梯度 悬臂梁， 其特征在于： 所述等 应变梯度悬臂梁(1)的固定方式为夹持固定、 粘结固定或焊接固定 。 4.根据权利要求1所述的一种横向尺寸变化的等应变梯度 悬臂梁， 其特征在于： 所述等 应变梯度悬臂梁(1)的载荷施加方式为 点加载、 线加载、 面加载或力和弯 矩共同加载。 5.根据权利要求1所述的一种横向尺寸变化的等应变梯度 悬臂梁， 其特征在于： 所述等 应变梯度悬臂梁(1)分为远离自由端的变截面区和靠 近自由端的等截面区， 便 于力的加载。 6.根据权利要求1所述的一种横向尺寸变化的等应变梯度 悬臂梁， 其特征在于： 所述等 应变梯度悬臂梁(1)的等截面区域可变更形状， 等截面区域的变化不会影响变截面区域的 应变梯度。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114239183 A 2一种横向尺寸变化的等应变梯度悬臂梁 技术领域 [0001]本发明涉及力 ‑电转换领域， 具体为力 ‑电转换领域提供一种横向尺寸变化的等应 变梯度悬臂梁。 背景技术 [0002]在力‑电转换研究中会对部分参数有均匀性要求， 如压电效应研究中希望存在均 匀的应变， 在挠曲电效应中希望存在均匀的应变梯度， 均匀 性的提升可以有效提升研究效 率， 减小研究难度。 挠曲电效应是一种广泛存在于所有介电材料的力电耦合特性， 具体是指 由于应变梯度产生电极化、 或由于电场梯度产生材料形变的行为。 作为智能结构和智能材 料的新兴研究点， 挠曲电效应在航空航天、 军事科学、 生物制药等各个领域有广泛的潜在应 用价值。 而均匀应变梯度是挠 曲电效应关注的重要指标， 如何产生均匀应变梯度一直是研 究的重点和难点。 发明内容 [0003]为满足上述要求， 本发明的目的在于提供一种横向尺寸变化的等应变梯度悬臂 梁， 可以在悬臂梁 模型下产生均匀的应 变梯度。 [0004]为达到以上目的， 本发明采用如下技 术方案： [0005]一种横向尺寸变化的等应变梯度悬臂梁， 该等应变梯度悬臂梁1包括长、 宽、 高三 个尺寸， 分别为l， b， h； 长度方向为x方向， 宽度方向为y方向， 高度方向为z方向， 原 点位于等 应变梯度悬臂梁夹持端的中间位置； 宽为等应变梯度悬臂梁的横向尺寸， 为x方向坐标的函 数； 梁的自由端在沿z方向的载荷作用下， 会产生 沿x方向的正应变， 正应变沿z方向变化， 产 生应变梯度； 通过改变等应变梯度悬臂梁变截面区的宽在x方向的值， 使梁变截面区沿x方 向在不同位置处的应 变梯度相同。 [0006]所述等应变梯度悬臂梁1使用的材 料的弹性模量 为E， 对y轴的惯性矩为 [0007] [0008]在载荷F的作用下， 沿x方向的正应 变和沿z方向的应 变梯度为 [0009] [0010]通过定义等应变梯度悬臂梁变截面区的应变梯度为常数k， 可推导出该等应变梯 度悬臂梁(1)变截面区的宽b为 [0011] [0012]所述等应变梯度悬臂梁1的固定方式为夹持固定、 粘结固定或焊接固定 。说　明　书 1/3 页 3 CN 114239183 A 3