复合材料点阵夹芯板壳振动主动控制研究

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近年来,点阵夹芯结构凭借其高强轻质的力学特性以及隔热、降噪等其他功能性特性,受到了国内外航空航天飞行器、高速列车和海军舰船等诸多研究领域的广泛关注。点阵夹芯结构在工程中经常承受动载荷,其结构可能由于振动产生疲劳甚至破坏,因而研究其结构动力学特性以及对其进行振动主动控制具有重要的理论与实际应用价值。本文研究了复合材料层合悬臂板以及复合材料点阵夹芯板壳结构的振动特性及其主动振动控制问题。  研究了复合材料层合悬臂板的振动主动控制及控制器铺设位置的优化问题。研究中分别采用压电陶瓷(PZT)和压电纤维复合材料(MFC)作为传感器及作动器。采用速度反馈控制算法,应用Hamilton原理和假设模态法建立受控悬臂板的力电耦合运动方程。基于模态控制力/力矩最大化的原则,将多对作动器/传感器铺设在层合悬臂板前几个低阶模态应变最大的区域,并讨论了复合材料层合板纤维铺设角度不同情况下,作动器铺设位置的相应变化。同时进行了悬臂板的振动主动控制实验研究。  针对复合材料点阵夹芯板结构,研究了其结构振动特性及主动振动控制。点阵夹芯结构的上下面板为复合材料层合板,将中间的点阵芯层等效成具有等效刚度和质量的夹芯层。采用PZT和MFC作为传感器及作动器,其中每对作动器/传感器均对称铺设在点阵夹芯结构的上下面板。应用Hamilton原理和假设模态法建立受控复合材料夹芯板的力电耦合运动方程。得出了压电复合材料点阵夹芯板的各阶频率,同时得出了结构受控制前后振动响应及作动器所需控制电压。  传统薄板结构的振动主动控制通常只需在板的其中一面铺设压电作动器即可实现,但夹芯板作为夹层厚板,其整体结构振动及变形是由上下两个面板主导。基于此,在上一章研究基础上,提出了一种同时控制夹芯板上下面板的方案,即在其上下面板均铺设压电作动器,并讨论了其控制效果。  最后研究了复合材料点阵夹芯圆柱壳结构的振动主动控制问题。建立了受控前后点阵夹芯柱壳结构的运动方程,得到了自由边界下的夹芯柱壳固有频率。采用MFC和PVDF分别作为作动器和传感器,应用速度反馈控制算法,通过两种压电材料的铺设方案分析了夹芯圆柱壳振动主动控制效果。得到了受控制前后夹芯圆柱壳的脉冲时域响应曲线,以及两种控制方案所需要的作动器电压。
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