层叠式PVDF压电作动器及圆柱壳的振动主动控制

设计了一个层叠式PVDF压电作动器用于壳结构的振动控制。考虑压电层、粘接层、壳体耦合关系,推导了表面局部粘贴层叠式PVDF压电作动器的圆柱壳的振动控制方程,给出了作动力与压电层和粘接层层数、厚度之间的关系以及作动力与作动器粘贴位置之间的关系。针对一端固定、另一端自由的圆柱壳,进行了振动控制仿真。结果表明层叠式PVDF压电作动器作动力与作动器层数近似成线性关系,增大作动器层数能有效增大作动力,在低控制电压下能显著抑制圆柱壳振动,作动器周向不完全粘贴时,在径向产生的径向作动力对壳体横向振动控制非常有利。说明了层叠式PVDF压电作动器是一种可用于壳体结构振动并具有良好作动效果的作动器。     

基于压电曲壳单元的结构振动最优控制

曲壳结构已广泛应用于航空航天、航海等领域,结构微小的振动会极大地影响部件性能,抑制曲壳结构的振动就很必要。提出了压电曲壳结构的振动最优控制模型,利用空间曲壳单元理论及多点约束方程实现曲壳基结构壳元和压电壳元的耦合,推导了压电曲壳结构动力学有限元方程,并结合线性二次型最优控制理论,实现了压电作动器对曲壳结构的振动最优控制。数值算例表明,对曲壳结构进行动力分析和振动控制时,在达到同样精度及控制效果的情况下,与平壳相比,曲壳单元及作动器所需数目要少得多。     

正交各向异性功能梯度材料开口圆柱壳的自由振动分析

区别于一般圆柱壳,开口圆柱壳沿周向是不封闭的,因此具有四个边界,本文根据轴向梁式振动和轴向曲拱振动特性对各种端部与侧边边界条件下的壳体提出统一的位移振型函数,并根据哈密顿原理建立了材料参数与空间坐标相关的正交各向异性开口圆柱壳的动力变分方程,求出了不同材料属性下开敞圆柱壳固有频率与振型解的一般解析表达式,适用于任意边界条件下不同材料的开敞圆柱壳自由振动分析．     

振动工程中智能结构的研究进展

介绍了智能结构的概念,评述了近年来用于振动工程中的智能结构所研究的几个基本问题：传感器,作动器,智能结构动力学建模及其振动控制,传感／作动器在结构中的优化配置,并提出了建议研究的几个问题：作动／传感材料的研究、集成技术的研究、控制器的研究和结构控制一体化优化技术     

粗纤维压电复合材料(MFC)对旋翼桨叶模型扭转控制的实验及数值研究

对直升机旋翼桨叶进行主动扭转控制是直升机减振主动控制技术中的有效方法之一.本文采用粗纤维压电复合材料(MFC)对旋翼模型进行了扭转控制的实验研究,并建立该结构的有限元模型,将数值结果与实验结果进行了对比分析.实验中,我们采用预扭的悬臂梁模拟旋翼桨叶,在其上表面贴有MFC压电片进行作动.测量得到了不同作动电压下结构的扭转变形,与数值结果进行对比,两者具有很好的一致性.实验及数值结果表明,随着作动电压的增大,结构的扭转角呈线性增加;MFC材料各向异性系数增大,梁的扭转角亦相应增加,采用MFC材料对旋翼进行扭转控制是行之有效的.     

介电弹性作动器主动隔振模糊控制试验研究

采用模糊控制策略,开展介电弹性作动器的主动隔振性能试验研究。基于介电弹性材料的Maxwell应力模型建立了作动器的力电耦合模型,分析了作动器的非线性特性;针对隔振系统设计了Mamdani型模糊控制器,建立了控制电压信号与振动响应之间的关系;在此基础上,开展了介电弹性作动器主动隔振试验研究,并与加速度反馈控制进行了对比。试验结果表明,在相同驱动电压的情况下,基于模糊控制策略的主动隔振性能要优于加速度反馈控制,且能够显著降低由于非线性驱动力导致的倍频响应幅值,有助于提高隔振系统的稳定性。     

磁致伸缩作动器的电-磁-机耦合动力特性

基于磁致伸缩材料的本构关系模型,结合磁致伸缩作动器结构动力学模型建立了可描述磁致伸缩作动器的电-磁-机耦合动力特性的运动方程.方程中考虑了作动器工作时磁致伸缩材料的弹性模量随着应力和磁场的改变而发生的变化,磁致伸缩材料的这种特性使得作动器系统表现出具有时变刚度的参数振动特性.通过对此参数振动方程进行数值求解,得到磁致伸缩作动器的参数频响特性,并研究了激励电流幅值以及作动器负载质量对作动器频响特性的影响.     

考虑激励确定作动器优化布置方法的研究

作动器优化布置是振动主动控制中的一个重要问题。本文考虑了外部激励的作用,提出了一种与独立模态空间控制方法结合使用的作动器位置优化准则。为使系统具有最大可控度,依据被控结构动态响应中各阶模态贡献的大小,建立相应的目标函数通过求其极大值,可得出作动器优化布置方案。最后通过一个算例验证了所提出理论与方法的有效性,从算例中可以看出,作动器的优化位置与激振力的位置和频率有直接联系。     

一种逆优化设计振动控制作动器的数目和位置的方法

在建立了悬臂梁上粘贴压电陶瓷片实现振动控制的动力学方程的基础上，研究了一种逆优化设计作动器／传感器的数目和位置的方法；用压电陶瓷作为自传感器作动器，以悬臂梁的振动控制为研究对象，要求振动控制系统具有一定的模态阻尼比，并以作动器控制力最小为目标函数，优化设计作动器／传感器的数目和位置。最后通过数值算例证明了该方法的有效性。     

正弦波纹扁球壳的非线性强迫振动

波纹壳是传感器弹性元件的一类重要形式,也是精密仪器仪表弹性元件中的一类重要形式。由于波纹壳形状复杂、参数众多、厚度薄,对其进行非线性分析非常重要同时也是十分困难的。本文考虑一种在传感器弹性元件中有重要应用价值的正弦波纹浅球壳体,将这种壳体视为结构上的圆柱正交异性扁球壳,根据Andryewa的思想,分别得到了正弦波纹壳径向、环向在拉伸、弯曲下的等价的四个各向异性参数;建立了正弦波纹扁球壳的非线性强迫振动微分方程;得到了正弦波纹扁球壳非线性强迫振动的共振周期解及幅频特性曲线。     

宏纤维压电层合壳结构非线性屈曲分析

以纤维压电MFC （Micro-Fiber Composite）层合圆柱壳为例，研究了其在准静态屈曲下的非线性振动响应。基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设，采用大转角几何全非线性理论，建立了带有纤维角度的MFC层合壳结构的非线性屈曲与振动分析模型。采用全拉格朗日方程（Total Lagrange Formulation）对非线性模型进行线性化处理，并结合Riks-Wempner弦长控制迭代法进行准静态求解，然后在每个解点进行自由振动分析。通过与文献数据对比验证了所建模型的准确性。并用该计算模型对MFC-d31层合圆柱壳进行屈曲及自由振动分析，研究了几何参数（曲率、厚度、纤维角度和不同外加电压）对频率的影响。结果表明，厚度、曲率和纤维增强角度对结构的临界载荷有显著的影响，且结构的临界载荷随着上述参数的增大而增大；电场强度可对不同纤维角度壳体的自振频率进行调节，能够提高结构的临界载荷；纤维角度越大，电压对结构自振频率调节的效果越明显。     

ACTIVE CONTROL OF THE PIEZOELASTIC LAMINATED CYLINDRICAL SHELL''''S VIBRATION UNDER HYDROSTATIC PRESSURE

IntroductionDuetotheintrinsicdirectandconversepiezoelectriceffects,piezoelectricmaterialscanbeeffectivelyusedtoproducesensorsoractuatorsfortheactiveshapeorvibrationcontrolostructures.Therefore,theuseofpiezoelectricmaterialsinintelligentstructuresattractedmanyattentionsinrecentyears.Thedesignofsuchactivesystemsrequiresgoodunderstandingofthemechanical_electricinteractionbetweenthestructuresandpiezoelectricmaterials.Manyinvestigationshavebeendoneinthisfield[1].However,mostofthesestudiesarebasedo…     

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES ON PERFORMANCE OF MACRO FIBER COMPOSITES FOR BEAM TWISTING APPLICATIONS

This paper presents the use of macro-fiber composites (MFC) as actuators for twisting control of pre-twisted beams, which is one efficient method of vibration suppression techniques of helicopter rotors. An MFC is a piezoelectric fiber composite which has an interdigitated electrode, rectangular cross-section and unidirectional piezoceramic (PZT) fibers embedded in the polymer matrix. An MFC actuator has much higher actuation performance, flexibility and durability than a traditional piezoceramic (PZT) actuator. This study showed that an MFC could be used as an actuator to change the displacement and twist tip-angle of a pre-twisted beam. In the test, an MFC patch was pasted on the beam’s upper surface to twist the pre-twisted beam actively. Different twist tip-angle changes of the pre-twisted beam were measured under a series of actuation voltages, and a good agreement was observed when experimental results were compared with numerical results. In addition, the actuation performance of MFC was compared with those of PZT4 and PVDF and the influence of anisotropic property of the MFC on its actuation performance was also studied. The experimental and numerical results presented in this paper show the potential of MFC for use in the vibration control of helicopter rotors.     

局部约束阻尼开口柱壳的减振分析及优化

为了缩减开口柱壳结构的振动,本文基于Lagrange方程以及Sanders薄壳理论建立了局部约束阻尼开口柱壳的动力学模型,分析了粘弹性单元分段数和厚度、阻尼单元占空比以及约束层敷设角和厚度对结构前三阶模态损耗因子和固有频率的影响,得到了各参数对结构振动特性的影响规律.并以前三阶损耗因子为目标,应用NSGA-Ⅱ遗传算法对...     

压电智能结构模糊自学习控制(FSLC)

将模糊逻辑与学习控制的基本思想相结合,根据控制系统的动态输出特性,采用模糊控制对学习控制律中的参数进行实时校正,实现系统的动态学习过程,提出了一种适用于压电智能结构振动控制的模糊自学控制方法FSLC（FuzzySelf-LearningContr01）。分别采用三维8节点实体单元（Solid45）和耦合单元模拟主结构和压电致动器／传感器,基于ANSYS参数化语言编写了压电智能结构振动控制分析的有限元程序。通过数值仿真证明了模糊自学习控制方法能有效控制压电结构的振动,并提高了自学习控制的收敛速度和获得了很好的控制效果。     

DYNAMICS AND CONTROL OF RIGID-FLEXIBLE COUPLING FLEXIBLE SPACECRAFT WITH JOINT CLEARANCE1)

大型柔性航天器展开锁定后,运动副中仍存在大量无法消除的间隙. 铰链间隙直接影响柔性航天器的姿态 运动和有效载荷的指向精度及稳定度,会对航天器的动力学特性造成较大的影响. 针对这一问题, 提出一种含间隙铰 接的航天器刚柔耦合动力学建模与控制方法. 首先建立含间隙的铰链精确动力学模型,从而构建含间隙铰接的柔性结构 动力学模型. 然后利用哈密顿原理和模态离散方法,建立含间隙铰接柔性航天器离散形式的刚柔耦合非线性动力学 模型,采用 Newmark 算法对非线性动力学方程进行求解. 基于压电纤维复合材料 (macro fiber composite, MFC) 驱动器 构建航天器的刚-柔-电耦合动力学方程,采用最优控制设计控制律. 分析了铰链参数、中心刚体转动惯量、间隙尺寸和间隙数目对航天器动力学特性的影响,着重研究了铰链间隙对航天器姿态运动和结构振动的影响作用. 最后采用 MFC 驱动器对航天器施加主动控制. 结果表明,铰链参数和中心刚体转动惯量影响航天器的固有频率;随着铰链间隙尺寸的增大及间隙数目的增多,航天器的整体刚度逐渐减小,而航天器的姿态角和振动位移响应不断增大;通过基于 MFC 的主动控制,能够实现含间隙铰接航天器姿态运动与结构振动的协同控制,并缓解间隙对系统动态特性造成的影响.     

复合材料层板构件气弹振动控制实验研究

飞机局部复合材料构件存在着因涡流作用诱发的弹性振动问题。本文首先研究了表面粘贴型压电元件对复合材料构件的传感和驱动原理;针对结构待控模态的要求,采用了D-准则优化确定同位压电传感/驱动器在构件中的布置方案;应用自适应振动前馈控制原理和方法,构造了闭环控制系统;分别利用正弦和方波信号激发气动声场,对玻纤/环氧圆筒构件进行激振和振动控制实验;结果表明：构件主要待控模态的振动得到了有效抑制,但也出现了高阶模态被激发的问题,导致结构辐射噪声上升。