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主动约束层阻尼结构的振动控制研究

王宜  
【摘要】: 主动约束层阻尼技术是以智能压电材料代替传统约束层阻尼结构中的约束层,通过压电约束层主动控制粘弹性材料的剪切变形,达到主动调节结构振动能量耗散的目的。它是一种典型的主、被动一体化振动控制方法,在结构振动控制方面展示了极其广阔的应用前景。本文采用有限元法,建立主动约束层阻尼结构动力学模型,通过对结构动态响应特性的分析,提出了主动约束层阻尼结构的振动控制方法。论文主要工作内容如下: ①基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理和虚功方程,建立了平板和圆柱壳体的主动约束层阻尼有限元动力学模型。研究了主动约束层阻尼结构的动态响应特性。通过与参考文献和商业有限元软件分析结果的比较,验证了本文有限元动力学模型的有效性和正确性。 ②考虑压电材料的机电耦合特性,利用自感电压的位移和速度反馈,对主动约束层阻尼结构进行了闭环振动控制,研究了不同控制增益条件下,主动约束层阻尼结构的动态响应特性。研究表明:比例控制增益会使振动峰值点的频率发生平移,而微分控制增益则不会改变振动峰值点对应的频率,微分控制较比例控制有更好的控制效果。 ③针对主动约束层阻尼圆柱壳体,研究了主动约束层阻尼的结构参数如分布位置、覆盖率及阻尼材料厚度等对主动约束层阻尼圆柱壳体振动特性的影响。对结构参数研究表明:对主动约束层阻尼的分布位置、覆盖率及阻尼材料厚度等参数进行优化,能有效抑制某些特定频率下的结构振动。 ④对主动约束层阻尼板进行了实验研究,测试了悬臂基板的模态,验证了本文建立的有限元动力学模型的正确性,通过比较悬臂基板与主动约束层阻尼板的频率响应函数,验证了控制器设计的有效性。


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