利用压电陶瓷作动器对柔性悬臂梁正位反馈控制试验

目的 验证压电陶瓷智能传感器和驱动器以及正位反馈控制对柔性结构主动控制的有效性.方法 将压电陶瓷片分别作为传感器和作动器使用,并粘贴于铝制悬臂梁的表面,对其振动反应实施实时控制.试验过程分为2个阶段,第1阶段5 s为启振阶段,通过激励压电陶瓷作动器使结构产生振动;第2阶段为控制阶段.利用压电陶瓷传感器得到的反馈信号,通过正位反馈算法计算出控制信号.驱动压电陶瓷作动器对结构的振动响应进行实时控制.结果 试验得到了模态振动控制与瞬时脉冲振动控制的振动响应曲线,并分别对有控与无控情况进行对比.结论 试验结果证明利用压电陶瓷以及正位反馈控制算法能够有效抑制外界激励下的一阶、二阶模态振动和瞬时脉冲扰动引起的结构振动.     

内部声激励下圆柱壳低阶模态声振特性研究

针对舱室空气噪声引起水下航行器的外辐射噪声问题,基于Flügge薄壳理论和Helmholtz波动方程,推导了机械点力源和内部点声源激励下有限长单层圆柱壳的振动方程,分析了声腔结构对声源辐射能量的影响,并通过数值仿真对比分析了机械点力源和内部点声源激励下圆柱壳低阶周向模态声振特性和传递损失。数值计算结果表明:机械点力源激励下,各阶周向模态均影响壳体的振动特性;内部点声源激励下,壳体振动主要由低阶周向模态主导,其声辐射效率更高,能量传递损失更大。该研究结果对水下航行器声学设计具有一定的参考价值。     

主动控制电致伸缩液压悬置隔振特性仿真

采用电致伸缩材料作为主动控制作动器的智能悬置,利用Matlab软件,并考虑了惯性通道、解耦通道以及电致伸缩作动器的非线性,建立了该悬置的仿真模型。选择滤波后的 x LMS算法作为控制算法,通过仿真计算研究了该悬置的隔振性能。采用查表的办法由控制位移求解控制电压,能有效地避免作动器非线性对系统性能的不良影响。研究结果表明:对系统施加控制后,传递到车身上的振动大大减弱,在6 s内振动力降到未施加主动控制时的3%,20s后降到未施加主动控制时的1%。说明采用主动控制能有效地改善悬置的隔振性能。     

大跨空间结构动力响应模糊控制

针对大跨空间结构动力灾变主动控制问题,设计了一种超磁致伸缩作动器.介绍了主动控制系统的工作原理,并建立了受控系统的空间状态方程,采用遗传算法对大跨空间结构主动控制作动器的布置位置进行了优化设计.分析了模糊控制系统的基本结构及模糊控制器的制作原理和方法,并设计了标准模糊控制器.应用MATLAB软件对大跨空间网架结构振动进行了模糊控制分析,结果表明,超磁致伸缩作动器具有良好的作动效应,利用遗传算法有效地提高了主动控制优化设计效率,同时实现了对结构的整体优化,模糊控制能够有效地降低大跨空间结构的振动反应,是一种较好的结构振动控制方法.     

宏纤维复合材料对拉索振动的模糊控制

采用MFC作为作动器对拉索振动进行主动控制,首先推导出宏纤维复合材料粘贴于拉索上的驱动弯矩表达式,并建立MFC-拉索的控制系统模型;然后结合拉索振动特点以及模糊控制规则设计出模糊控制器;最后对拉索在不同形式激励下进行主动控制的仿真计算。结果表明,采用MFC作为作动器进行拉索的振动控制是完全可行的,运用模糊控制算法对拉索振动有良好的控制效果。     

大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

压电悬臂梁振动的模态控制

结合有限元分析方法与模态控制来抑制悬臂梁的振动.采用有限元分析方法研究悬臂梁的动态特性,建立其动力方程.在悬臂梁振动时应力最大或次最大处的上、下表面同位配置压电片,作为抑制悬臂梁振动的致动器.基于模态控制方法,设计了模态传感器和模态致动器.采用模态速度负反馈进行反馈控制,以此计算出各个作为致动器的压电片的控制电压,以抑制悬臂梁的振动.通过算例进行数值仿真,结果表明,以此方法布置压电片和输入控制电压,能迅速抑制悬臂梁的振动,可单独或同时控制几阶模态振动.     

双层球面网壳振动主动控制作动器位置优化

为了确定双层球面网壳结构振动控制的作动器最佳布设位置/数目,以主动控制的二次型性能泛函最优控制理论为基础,定义作动器布设的敏感度,提出逐步删除结构中敏感度小的作动器优化过程,并编制相应的作动器优化实现程序.算例表明,对于双层球面网壳结构,作动器布设在上、下弦杆优于腹杆,且布设在上弦优于下弦;在结构位移和作动器的控制力均满足设定的要求下,结构上弦作动器布置距离中心越远其灵敏度越大,环向布置优于径向布置,作动器最佳布设位置在结构上弦的最外圈环向杆件上.算例进一步表明,对于不同的地震动输入,作动器在最佳位置上,相应的主动控制的效果均比较明显.     

智能结构中致动器位置和尺寸的优化研究

在研究智能结构振动主动控制致动器的位置和尺寸优化问题中,首先推导了多压电片传感方程、致动方程和结构的动能、势能表达式,并结合模态的可控性、可观性以及模态价值构建致动器位置尺寸优化准则;然后结合智能简支梁实例计算出其粘贴压电致动器的最优位置和尺寸,并通过编写APDL(ansys parameter design language)程序对粘贴有压电材料的智能简支梁结构进行瞬态动力学分析,实现对智能梁的振动控制仿真。     

网状天线反射面形状精度控制智能结构作动器的位置优化

就网状天线反射面振动控制智能结构的作动器位置优化进行了讨论;把模态分析和能量作用原理相结合,提出了一个网状天线反射面振动控制智能结构的作动器位置优化的新方法;求每个候选单元的位置评价准则T_C(所有模态的模态可控度之和),T_C大的候选单元就是作动器的最佳位置. 并用算例验证了该方法的正确性.     

PLZT陶瓷的光致电压效应和光致伸缩效应研究

介绍了一种光控伺服系统中的新型光－机转换器件，由于极化后的ＰＬＺＴ陶瓷１片具有光致伸缩效应，所以，根据光信号来控制ＰＬＺＴ陶瓷片的伸缩量、实现光控伺服系统，从而完全消除他传统电伺服系统中的电磁干扰。实验表明，ＰＬＺＴ陶瓷片在不同光谱，光强照射下，ＰＬＺＴ陶瓷片呈现出很强的光电效应。     

大跨双曲混凝土组合扭壳屋盖施工拆模优化分析

由于混凝土抗拉能力较差,双曲组合扭壳抵抗悬垂线方向的主拉应力控制至关重要.如果拆模顺序不当,可能会使壳体结构产生过大的拉应力.为解决此问题,以华工扭壳为例,对平行四边形底面双曲组合扭壳的满堂脚手架施工拆模顺序进行全面优化分析,并与工程实测进行对比,得出较为合理的拆模方式.     

Control of endwall secondary flow in a compressor cascade with dielectric barrier discharge plasma actuation

Three dielectric barrier discharge plasma actuators were mounted at the positions of 20%, 40% and 60% of chord length on the endwall in a compressor cascade. The downstream flow field of the cascade has been measured with a mini five-hole pressure probe with and without the plasma actuation. The measured results show that the plasma actuation most effectively reduces total pressure loss and flow blockage when the actuators are operated simultaneously. As each of the actuators is operated independently, the actuator at the position of 20% of chord length most effectively reduces flow blockage, and the actuator at the position of 60% of chord length fairly reduces total pressure loss. However, negative pressure loss reduction occurs with the plasma actuator at the position of 40% of chord length. In brief, the plasma actuation placed on the endwall in the cascade apparently influences the endwall secondary flow, and the optimal locations and strength of actuation are critical for the control of endwall secondary flow in a compressor cascade with the plasma actuators.     

音圈电机的技术原理

为了给音圈电机的选用提供理论基础,详细阐述了音圈电机的技术工作原理和结构形式,作为一种特殊结构形式的新型直驱电机,音圈电机具有高加速度、高速度、快速响应、平滑力特性等优良性能.在此基础上分别给出了直线音圈电机和旋转音圈电机的选型计算方法,并对音圈电机的应用场合进行了详细介绍.从而为音圈电机的具体应用提供了理论依据.     

压电陶瓷驱动器性能的理论计算与ANSYS仿真

通过理论推导与ANSYS仿真的方法对普通平面电极型压电驱动器及交叉指形电极型压电驱动器的自由应变进行分析,得到x和y方向的自由应变,并与N.Hagood等人的实验结果进行对比。结果表明：ANSYS仿真结果与理论计算结果非常接近,x方向自由应变误差仅为0.35%和-14%;采用应变片直接测量驱动元件局部表面的应变有较高的误差,x方向应变误差分别为147%和73.3%;交叉指形电极的压电驱动元件表现出较高的正交各向异性,横向效应系数是普通平面电极压电驱动器的2.2倍。     

Constitutive model for shape memory alloy torsion actuator

Shape memory alloy ( SMA) torsion actuator is one of the key approaches realizing adaptive wings in airplanes. In this paper,the actuator is made up of SMA wires and a thin-walled tube,in which the SMA wires are twisted and affixed around the surface of the tube at an angle referenced to the center axis of the tube. A thermo-mechanical constitutive model is developed to predict the thermo-mechanical behaviors of the SMA torsion actuator based on the knowledge of solid mechanics. The relationship between the torsion-angle and tem- perature is numerically calculated by using the thermo-mechanical constitutive model coupled with the SMA phase transformation model developed by Zhou and Yoon. The numerical results are compared with the relative experimental results finished by Xiong and Shen. Influences of the twist-angle of SMA wires and geometrical factors on the primary actuation performances of the SMA torsion actuator are also numerically investigated based on the thermo-mechanical constitutive model coupled with the SMA phase transformation model developed by Zhou and Yoon. Results show that the thermo-mechanical constitutive model can well predict the thermo-mechanical behaviors of the SMA torsion actuator.     

表面介质阻挡放电等离子体流场PIV实验研究

为深入理解等离子体气动激励诱导射流形成的物理机制,采用微秒脉冲和正弦交变2种激励电源,在不同压力下进行了等离子体气动激励诱导空气流动的PIV实验研究,获得了表面介质阻挡放电（surface dielectric barrier discharge, SDBD）等离子体气动激励诱导流场。实验结果表明：微秒脉冲激励器放电均匀性优于正弦交变激励器放电;微秒脉冲SDBD诱导流场射流方向与正弦交变SDBD诱导流场射流方向相反,射流从植入电极指向暴露电极;11700Pa压力下微秒脉冲SDBD诱导射流流场具有双向性质,流场结构为∽型,并对SDBD体积力分布进行了分析。     

基于压电堆的网壳振动智能控制研究

利用压电材料的压电效应机理,设计出一种压电主控作动杆件,分析其工作原理和设计方法.然后利用模糊智能控制进行仿真,将其应用于网壳结构振动智能控制分析中,结果表明压电主控作动杆可有效地减小结构的加速度和位移响应,为其在桁架结构中的应用打下良好的基础.     

Static shape control of a flat shell structure

<正>The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou and Hwang . A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.     

Static shape control of a flat shell structure

The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou[1] and Hwang[2]. A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.