对体积位移传感器的讨论

以不同边界条件的振动梁为例,本文提出通过分部积分方法设计特定形状的PVDF薄膜测量体积位移。这种分部积分方法得到的PVDF传感器形状不但与外激励力的性质（如激励力类型、位置以及频率等）无关,而且不需要振动梁的模态信息。研究表明,可以把振动梁的边界条件分为两类,即一端固定一端任意和两端位移为零,对于每一类边界条件可以用一种特定形状PVDF传感器测量其体积位移。     

通过PVDF阵列测量阶梯梁体积位移的实验

以阶梯梁为例,通过一组阵列式压电薄膜(Polyvinylidene fluoride,PVDF)测量阶梯梁的体积位移。在梁表面均匀布置一组相同形状的矩形PVDF阵列,通过测量PVDF与激励力之间的频率响应函数,然后利用伪逆方法结合截断奇异值法(The truncated singular value decomposition,TSVD)设计这组PVDF阵列的加权系数,从而得到阶梯梁体积位移。实验结果表明,该方法能够准确测量到阶梯梁的体积位移,具有不需计算结构模态、附加质量小、与激励力位置无关等优点。     

基于PVDF压电传感器测量振动结构体积位移

控制振动板结构的体积位移是降低结构总声功率的一种有效策略。本文以工程常见四端位移为零的振动板为例，提出一种新的压电式传感器的设计方法测量体积位移。利用正弦函数展开近似表示固定板振动位移，通过设计特殊形状的PVDF压电薄膜，使PVDF输出信号为所需要的振动结构体积位移。结果表明这种体积位移传感器不仅适用四边简支、四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构，而且作为一种误差传感器测量振动结构体积位移是可行的。并对实验数据进行了分析比较。     

振动固定板结构体积位移的获取

在低频时控制振动板结构的体积位移是降低结构总声功率的一种有效策略.提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量固定板体积位移.通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应结构体积位移.结果表明这种阵列式PVDF传感器的加权系数与施加在振动板表面的外激励力性质(如激励力类型、位置等)无关.并且分析了影响阵列式PVDF传感器的各种因素及其适应性.     

弹性梁结构PVDF模态传感边界约束影响分析

由于聚偏氟乙烯(PVDF)具有质量轻、高输出灵敏度以及易剪裁等优点,PVDF模态传感器广泛应用于振动噪声控制领域。现有的研究工作多局限于经典边界条件,而实际工程中经常遇到弹性约束边界,绝对理想的经典边界条件并不常见。将改进傅里叶级数方法拓展至弹性约束梁结构的模态传感器设计,将弹性梁横向位移展开为傅里叶余弦级数和边界补充项以克服位移函数导数存在的不连续问题,结合Rayleigh-Ritz方法和模态正交特性得到PVDF模态传感器形状函数以及二次导数。通过数值计算表明,边界约束刚度变化将导致PVDF模态传感器形状变化存在刚度敏感区,在该区域形状变化明显。相比其他方法,此方法计算简便,通过调节边界刚度值可以实现经典边界和任意弹性边界约束条件,边界约束刚度的变化不需要重新计算方程和程序编写。     

通过阵列传感器获取固定板声辐射模态伴随系数

以固定支撑板为例,提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量前三阶声辐射模态幅值.在振动板表面布置一组形状相同的矩形PVDF(Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯)薄膜作为传感器,根据所需要的声辐射模态伴随系数,通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应的声辐射模态伴随系数.结果表明这种PVDF传感器阵列设计与外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置)无关,而且适用任意边界条件板结构.     

通过PVDF阵列设计阶梯梁的模态传感器

以两端固支阶梯梁为例,通过高分子压电薄膜(Poly Vinyli Dene Fluoride,PVDF)传感器阵列测量其模态坐标。在该阶梯梁表面均匀黏贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜,首先通过实验方法直接测得该阶梯梁的曲率模态,然后把曲率模态作为这组PVDF输出信号的加权因数,从而得到所需的模态坐标。实验结果表明,这种传感器设计方法是可行的,并且PVDF阵列式模态传感器具有在不均匀梁结构表面布置方便,能准确、方便的测出实验曲率模态,不受激励力位置影响,滤波效果好等优点。     

一种测量一维结构振动功率流的新方法

通过设计正弦和余弦形状PVDF传感器，提出了一种测量一维结构振动功率流和位移的新方法，并与用压电加速度传感器的测量结果进行了比较，结果表明：这种新的测量方法测量方便、数据精确，完全可以取代传统测量方法。并且PVDF传感器还可以同时测量角位移、弯矩、剪力等其它振动量，因此这种传感器功能齐全、应用广泛，具有重大的研究价值和现实意义。     

利用PVDF阵列测量结构曲率模态的实验

提出利用PVDF阵列直接测量结构曲率模态。在振动梁表面均匀布置一组PVDF压电薄膜,测量结构在外加点激励作用下的动态响应,得到频率响应函数,进而通过模态软件对数据进行分析,得到其曲率模态。数值分析和实验结果表明：利用PVDF阵列可以有效地测量得到结构的曲率模态,且方法与激励力位置无关。由于方法操作简便,PVDF压电薄膜附加质量可忽略不计,与常规通过模态振型计算曲率模态的方法相比具有明显优越性。     

基于压电传感器获取任意边界板结构体积速度

介绍了一种设计体积速度传感器的新方法。设计策略为将PVDF压电薄膜黏结到结构表面上,两维振动结构的表面振速用Legendre多项式展开,利用两维分布式传感器压电方程,设计PVDF薄膜的形状,使传感器的输出电荷量正比于两维结构的体积速度。这样设计得到的传感器,其输出信号的实时性得到了保证,并且适用于任意边界条件,能测量振动结构的局部体积速度,拓宽了其应用范围。此外,还以简支板及其局部区域为例,通过数值计算,验证了设计方法的可行性。     

考虑剪切变形影响的斜梁桥自振频率的解析方法

斜梁桥振动频率没有显式解,给使用《公路桥涵设计通用规范》方法计算冲击系数带来不便。考虑斜梁桥振动时的弯扭耦合效应,分别采用修正的Timoshenko梁理论建立其弯曲振动的动态刚度矩阵,采用Saint-Venant扭转理论建立其自由扭转振动的动态刚度矩阵,结合斜支承边界条件,导出斜支承坐标系下的动态刚度矩阵,提取弯矩-转角的刚度方程,根据其奇异条件建立关于斜梁桥自振频率的超越方程,采用二分法对超越方程进行求解以得到自振频率。该文分析了一座标准A型单跨斜箱梁桥考虑与不考虑剪切变形影响时的前5阶振动频率随斜交角的变化,比较了正交简支初等梁和正交简支深梁、斜支初等梁和斜支深梁的前5阶频率。结果显示:斜梁桥基频随斜交角的增大而增大、第2阶频率随斜交角的增大而减小;斜梁桥振动频率的计算应采用考虑剪切变形影响的深梁理论。     

任意边界梁的声辐射模态伴随系数测量

声辐射模态伴随系数的获取是基于声辐射模态理论进行ASAC控制中的重要环节。该文在声辐射模态理论及一维分布式压电传感器方程基础上，以Fourier级数展开的方法，给出了梁结构PVDF传感器形状与边界条件无关的设计方法。由此得到的传感器可以用于任意边界条件与任意速度分布，拓宽了其应用范围。并以简支梁、固定梁和悬臂梁为例，测量得到了各自的第一、二阶声辐射模态伴随系数。并对实验数据进行了分析比较。     

边界粘弹性支承对矩形板强迫振动响应的影响

提出边界粘弹性支承对矩形板强迫振动响应影响的分析方法。该方法基于阻尼复模态分析,利用阻尼复模态的正交性,导出了板的完全解耦的模态方程;通过算例研究和讨论了粘弹性边界支承对板的振动响应的影响。     

考虑底板与池壁相互作用和池壁剪切变形影响的圆形水池动力特性计算

考虑圆形水池池壁剪切变形的影响、底板对池壁的径向约束作用和转动约束作用,将圆形水池底板与池壁的相互作用简化成端部受切向弹性约束和转动弹性约束下的弹性地基Timoshenko梁,基于Timoshenko梁振动的修正理论,导出了底部环向简支、顶部分别为自由、铰支和固支三种边界条件下的振动频率超越方程;根据池壁和弹性地基梁微分方程的类比性,阐述了利用ANSYS建立圆形水池振动模态分析的有限元方法。利用二分法对底板环形简支的圆形水池的振动频率进行了计算,分析了顶部不同边界条件、池高、池的半径和底板对池壁弯曲约束刚度对池壁振动频率的影响。得到了圆形水池轴对称振动可采用弹簧-质量模型进行基频估算、该文所建立的分析方法只能分析圆形水池的轴对称振动模态、圆形水池底板与池壁相互作用对基频影响不明显、壁厚的剪切变形和转动惯量对高阶振动影响大等结论。     

Effect of shear deformations and rotary inertia on optimum beam frequencies

Accounting for shear deformations and rotary inertia effects, necessary condition for optimum fundamental frequency of a vibrating beam of constant volume and with a given distribution of non-structural mass, is obtained through the calculus of variations. Minimum cross-section of the beam is controlled by the introduction of an inequality constraint. A finite element displacement formulation is then used in an iterativve manner to arrive at the optimum fundamental frequency and the corresponding material distribution for the discretized beam models with various boundary conditions. A comparison is then made with the corresponding results of an Euler beam.