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压电智能结构振动控制研究

陈永富  
【摘要】: 智能结构由于具有响应快、自适应、自诊断、自修复之优点逐渐成为振动控制领域里研究的热点。压电材料(压电陶瓷和压电聚合物)具有很强的力电耦合效应而成为智能结构中应用最为广泛的智能材料。本文以压电薄板为研究对象,采用解析法(里兹法)和数值分析法(有限单元法)研究了压电智能结构的振动控制问题,其中采用的反馈控制策略为直接反馈。研究表明,压电结构中,压电材料的压电效应是智能结构消耗能量实现主动控制的最根本原因。文中,采用一种新的带有电势自由度的弯曲薄板单元,基于压电材料的本构关系以及Hamilton变分原理,建立了压电智能薄板的动力有限元方程,得到了压电薄板的振动控制方程,并且采用Fortran语言编制了求解运动方程的有限元程序,以压电悬臂薄板为例对其振动过程进行了仿真,结果表明,采用合理的控制策略以及适当的反馈增益,压电智能结构的抑振效果是令人满意的。此外,主动层阻尼结构(ACLD)由于兼有被动控制和主动控制两者之优点也引起了国内外学者的兴趣,本文给出了主动层阻尼结构(约束层采用压电材料)抑振的工作机理,介绍了处理粘弹性层(VEM)的几种模型,并采用GHM模型建立了主动层阻尼结构的有限元模型。和主动控制结构一样,由于压电结构本构关系比较复杂,控制策略还有待于进一步完善,如何配置和优化传感器以及作动器,如何准确的采集和反馈结构的信息以及控制反馈的时间滞后等问题的存在,压电智能结构的振动控制问题还有待于进一步的研究。


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