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相似文献
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1.
压电智能结构拓扑优化研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
压电材料因其变形精度高、反应速度快、易于制作成小型化元件已经被广泛应用于精密驱动、振动控制、精确定位等领域。改变压电智能结构中压电元器件的位置、大小、形状等参数能够有效地改善系统的力学性能,因而吸引了许多学者和工程师的关注和研究。拓扑优化作为有效的优化工具,已经成功应用于压电智能结构的优化设计中。本文首先阐述了压电智能结构拓扑优化的背景和意义,简要回顾了压电智能结构主动控制及分析方法,并综述了面向结构静变形控制的压电智能结构优化、面向振动控制的压电智能结构优化、压电俘能器的设计与优化等三个方面的研究进展。最后,简单归纳压电智能结构拓扑优化研究中值得关注的几个问题。  相似文献   

2.
智能结构集智能材料与传统材料于一体,能够实现结构的主动控制,在航空航天等领域具有巨大的应用潜力.由于其系统复杂且具有多场耦合效应,智能结构的整体式优化设计方法成为结构控制技术研究的关键之一.为了提高压电智能结构的整体性能和变形精度,提出了同时考虑压电驱动器布局(分布位置及角度)和基体结构拓扑构型的协同优化设计新方法.采用多点约束方法 (multi-point constraints,MPC)建立压电驱动器和基体结构的连接,定义一种与测量点目标位移相关的权重函数,以实现结构的精确变形控制.通过协同优化设计,压电驱动器可以获得最优的分布位置及角度,同时基体结构获得最优的拓扑构型,从而提升了压电智能结构系统的整体驱动性能和变形精度.通过进一步分析,研究了精确变形、体分比约束与结构优化构型和整体刚度的关系,以及优化结果中可能存在的传力路径畸变现象.数值算例的设计结果表明,采用协同优化设计方法,能够扩大结构的寻优空间,有效减小变形误差,实现压电智能结构的精确变形控制.  相似文献   

3.
压电智能梁振动控制的优化设计   总被引:2,自引:0,他引:2  
本文研究了压电智能梁振动控制中压电传感作动元件的优化设计,并考虑了控制增益和结构阻尼的影响。采用负速度反馈控制策略及等效阻尼比优化准则。对简支梁和悬臂梁采用遍历搜索的方法计算了不同增益和结构阻尼下的优化,结果对进一步研究优化设计和振动控制有一定的参考价值。  相似文献   

4.
基于LQG最优控制法的压电智能结构独立模态空间控制   总被引:1,自引:1,他引:0  
采用压电材料作为传感器和驱动器对智能结构振动主动控制进行研究,基于机电耦合的压电智能结构传感和驱动方程,将振动控制动力学方程变换到模态空间对方程进行解耦。通过计算结构最大应变,确定压电元件的最佳粘贴位置。考虑到系统过程噪声和量测噪声的影响,设计Kalman滤波器,采用基于线性二次型高斯(LQG)最优控制的独立模态空间控制方法对压电智能结构的振动进行控制。最后以压电智能悬臂梁为例进行控制仿真,验证了此方法的有效性。  相似文献   

5.
胡骏  亢战 《力学学报》2019,51(4):1073-1081
压电作动器可以把电能转换成机械能,在结构主动振动控制中具有应用背景. 由于压电作动器的布局对振动控制效果影响很大,因此作动器布局优化一直是结构控制研究的关键之一. 为了提高压电结构控制能量的利用效率,本文提出了以提高结构可控性为目标的压电作动器的拓扑优化方法. 基于经典层合板理论对压电结构进行了有限元建模,并采用模态叠加法将动力控制方程映射到模态空间,推导了基于控制矩阵奇异值的可控性指标. 优化模型中,选取可控性指标指数形式为目标函数,将设计变量定义为作动器单元的相对密度,并基于人工密度惩罚模型构造了压电系数惩罚模型,给出了基于控制矩阵奇异值的可控性指标关于设计变量的灵敏度分析方法. 优化问题采用基于梯度的数学规划法求解. 数值算例验证了灵敏度分析方法和优化模型的有效性,并讨论了主要因素对优化结果的影响.   相似文献   

6.
振动工程中智能结构的研究进展   总被引:44,自引:2,他引:42  
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  相似文献   

7.
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。  相似文献   

8.
智能结构有限元动力模型的建立及主动振动控制和抑制   总被引:5,自引:1,他引:4  
采用一种新的压电板单元,建立了含有分布压电传感元件和执行元件结构(智能结构)的有限元动力模型。利用两种反馈控制律,研究了智能结构振动控制与抑制的问题,并提出了智能结构主动振动控制和抑制的一种方法。最后,提供了数值示例,说明本文提出方法的应用。  相似文献   

9.
压电智能环形板的主动控制   总被引:1,自引:0,他引:1  
姚林泉  俞焕然 《力学学报》1999,31(3):366-371
对在不同位置粘有任意多组压电传感器和压电执行器的轴对称弹性环形薄板的振动控制进行了研究.根据压电执行元件的等效作用量得到了压电智能环板的振动控制方程和传感方程,再利用分离变量法以及由传感器测得的电量和作用在执行器上电压之间的控制模式得到振动方程的全解.实行了对整体结构的主动控制.对不同的压电片布置进行了数值计算.结果表明:当离散分布压电元件布置越密,振动衰减的效果越佳  相似文献   

10.
介绍了在航空,航天等高技术在领域中柔性结构振动衰减控制90年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景,对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统人出了数学模型,导出了压电传感器/激振器的输出/输入方程,进行了最优控制算法数值仿真,结果表明,其控制效果是显著的。  相似文献   

11.
面内压电振动能量采集动力学设计与性能研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
压电振动能量采集将环境中普遍存在的机械能转换为电能,可以实现自供能传感、控制与驱动,具备灵活、节能环保、可持续的优势,具有广阔的应用前景。为了促进压电振动能量采集器件的集成与融合,提出面内压电振动能量采集,将压电振动能量采集器进行扁平化设计,使其在二维平面内采集振动能量,在保证较大功率输出下能够显著减小器件所需三维空间。为了提高输出功率与工作频宽,设计了具有双稳态与力放大机制的面内压电振动能量采集器。考虑弯张小变形,通过能量法建立了面内压电振动能量采集器的机电耦合动力学模型。分析了关键设计参数对面内压电振动能量采集器性能的影响。数值仿真了面内压电振动能量采集器在简谐激励下的俘能性能,结果表明,通过合理的设计,面内压电振动能量采集器可以低频、宽频弱激励下有效俘获能量。面内压电振动能量采集设计方法有利于推动便携式、可穿戴式自供能等方面的应用和产业化。  相似文献   

12.
机敏柔性梁的振动主动控制   总被引:1,自引:0,他引:1  
提出了用于机敏结构中振动主动控制的仿人控制算法,对压电阻尼技术进行了理论和实验研究,给出了传感器,执行器和受控结构之间的关系,用PZT作执行元件实现了柔性梁振动主动控制系统,给出了实验结果。  相似文献   

13.
It is noted that the behavior of most piezoelectric materials is temperature dependent and such piezo-thermo-elastic coupling phenomenon has become even more pronounced in the case of finite deformation. On the other hand, for the purpose of precise shape and vibration control of piezoelectric smart structures, their deformation under external excitation must be ideally modeled. This demands a thorough study of the coupled piezo-thermo-elastic response under finite deformation. In this study, the governing equations of piezoelectric structures are formulated through the theory of virtual displacement principle and a finite element method is developed. It should be emphasized that in the finite element method the fully coupled piezo-thermo-elastic behavior and the geometric non-linearity are considered. The method developed is then applied to simulate the dynamic and steady response of a clamped plate to heat flux acting on one side of the plate to mimic the behavior of a battery plate of satelite irradiated under the sun. The results obtained are compared against classical solutions, whereby the thermal conductivity is assumed to be independent of deformation. It is found that the full-coupled theory predicts less transient response of the temperature compared to the classic analysis. In the steady state limit, the predicted temperature distribution within the plate for small heat flux is almost the same for both analyses. However, it is noted that increasing the heat flux will increase the deviation between the predictions of the temperature distribution by the full coupled theory and by the classic analysis. It is concluded from the present study that, in order to precisely predict the deformation of smart structures, the piezo-thermo-elastic coupling, geometric non-linearity and the deformation dependent thermal conductivity should be taken into account. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 10132010 and 50135030) and the Foundation of In-service Doctors of Xi'an Jiaotong University.  相似文献   

14.
智能板模态传感与控制的数值分析   总被引:5,自引:0,他引:5  
王树和  严宗达 《计算力学学报》2001,18(3):273-276289
智能结构技术对空间大型柔性结构 振动控制问题具有重要意义,采用独立模态空间控制技术对压电智能板进行主动振动控制是一种常用方法,以前对这一问题的研究仅限于解析的方法,本文采用有限单元法,设计了新的压电模态传感器与致动器,该方法能够适用于形状及边界条件较为复杂的智能板,算例分析证明了该方法的正确性。  相似文献   

15.
基于压电层合结构的有限元方程,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电耦合有限元分析程序(MPFEMP).以该程序为计算基础,采用遗传算法和一阶梯度优化算法,以压电片尺寸为设计变量,以压电层合梁和板的预期位移或最小重量为目标函数,给定初始变量和适应度函数,通过循环迭代MPFEMP计算程序,研究了多点控制的压电层合梁板结构的形状最优控制.结论对比分析证明了两种优化方法分析压电层合结构的有效性,同时,对复杂多层智能结构的最优形状控制和主动控制研究具有一定的参考价值.  相似文献   

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