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结构振动主被动控制实验研究

卢德君  
【摘要】: 结构的振动现象随处可见,在航天工程中,结构振动更是一个尤为重要的问题,因而振动控制成为航天器设计的一个重要研究领域。于是结构的动力学特性与振动控制方法的研究日益成为航天器动力稳定性研究的重要课题。 由于多方面的原因,如:非线性因素、材料的不均匀性、阻尼机理的复杂性,再加上联结刚度难以确定等等,使得有限元计算的准确性受到限制。现代实验分析技术弥补了有限元分析的某些不足。 航空航天结构中,板壳结构是最主要的结构形式。本文对板和锥壳结构的实验主要进行了如下工作:首先,进行了层合结构动力学建模。着重研究了粘弹性材料随温度和频率变化的特性,之后采用传统有限元法、层合理论和改进的层合理论方法建立了主动约束阻尼结构的动力学方程。用复模量法和模态应变能法进行了动力学分析。然后设计了基于MATLAB\XPC适时振动主动控制系统,分别对板、壳进行了实验研究。本文以实验研究为主。第一,分别对板、壳进行了固有频率的识别实验。第二,首先对板进行被动控制实验,发现全局约束阻尼层控制可以很好地控制高阶振动;其次对板进行主动控制实验,发现高阶振动被有效抑制;再次,对板进行主被动一体化控制实验,结果表明,板的主被动联合控制可以有效抑制板的振动。第三,对壳进行了单点锤击主动控制实验,发现,压电作动器对振动控制的效果不错。 通过实验研究,验证了这个结论:被动控制抑制高阶振动效果明显;主动控制可以明显抑制低阶振动。 因此,对于航天器的振动控制采用主被动一体化控制方案具有广阔应用前景。


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