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随机、智能结构随机振动分析与主动控制研究

高伟  
【摘要】: 本文以随机结构和随机智能桁架结构为对象,对结构动力特性分析模型与求解方法进行了研究;对结构在随机力或随机过程(平稳随机过程或非平稳随机过程)激励下,结构的动力响应、结构的振动主动控制、智能结构中作动和传感元件配置位置与闭环控制系统增益优化、结构参数对振动主动控制效果的影响等问题开展了全面而系统的研究。主要内容如下: 1、考虑压电智能桁架结构主动杆单元及被动杆单元物理参数、几何参数同时具有随机性,基于随机因子法,构建了结构动力特性分析模型,提出求解方法,推导出结构动力特性随机变量的数字特征计算表达式。通过算例验证了理论和方法的正确性和有效性,为随机结构的动力响应分析提供了必要的基础。 2、考虑压电智能桁架结构物理参数、几何参数、结构阻尼和外荷载、闭环系统控制电压分别或同时为随机变量,构建了结构在随机力作用下的动力响应分析模型,提出了求解方法,推导出结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式,通过算例验证了所建模型和所提求解方法的正确性和有效性。 3、利用随机因子法对随机桁架和随机刚架结构的动力特性进行了分析。在此基础上,从随机振动频域分析出发,导出了在平稳或非平稳随机激励下,随机结构的位移响应均方值、应力响应均方值的数字特征计算表达式,通过算例验证了所建模型和所提求解方法的正确性和有效性。 4、同时考虑智能桁架结构的物理参数、几何参数、阻尼的随机性,构建了随机智能桁架随机响应闭环振动主动控制模型,分别以位移负反馈和速度负反馈为控制律,导出了随机智能桁架结构在平稳或非平稳随机激励下闭环控制位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差的计算表达式。研究了8米口径智能天线结构在随机风荷作用下其保精度闭环控制随机响应问题。 5、对结构物理、几何参数、阻尼同时具有随机性,外荷载为随机力或随机过程力时,以速度输出负反馈作为控制律,采用智能结构的状态空间模型构建了基于最大耗散能准则的目标函数,分别建立了具有动应力、动位移可靠性约束的主动杆的优化配置和增益优化模型,和具有位移响应均方值、应力响应均方值可靠性约束的主动杆配置和控制增益的优化模型。利用分布函数法和可靠性安全系数法分别对可靠性约束进行显示化处理,使之转化为常规约束进行优化设计。对结构振动主动控制效果进行了计算机数字仿真,证明了所建振动主动控制模型的正确性与可行性,获得了若干对压电智能桁架结构振动主动控制有意义的结论。


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