Kagome夹心板的多模态压电分流振动控制研究

针对Kagome夹心板的多模态振动控制问题,提出了一种独立模态压电分流振动控制方法。建立了结构与压电换能器耦合系统的有限元模型,之后详细阐述了Kagome夹心板的独立模态压电分流振动控制策略,并针对自由振动问题提出了一种实用的多分流电路参数优化方法。结果表明,提出的控制方法能显著提高Kagome夹心板结构的阻尼特性,加快自由振动的衰减,同时各压电分流电路之间具有很好的独立性。     

混凝土泵车臂架振动响应的主动控制实验研究

考虑混凝土泵车臂架结构特点,采用独立模态空间控制方法对泵送混凝土激励下的臂架末臂节振动响应进行了主动控制试验研究。针对泵车臂架系统的动力学模型,采用模态滤波技术和最优控制理论设计主动控制策略,通过优选臂节油缸的作动控制以实现对臂架一阶模态振动响应的实时控制。实验结果表明,采用该主动减振控制后水平工况下臂架末端的减振精度可达80%,取得了显著的减振实验效果     

基于多回路扩张状态观测的加筋壁板结构多模态振动控制

摘 要：针对加筋壁板结构的多模态主动振动控制中存在输出叠加和控制输入耦合的问题,结合多回路线性扩张状态观测器(multi-LESO)和线性PD反馈控制律,设计一种不依赖结构数学模型的多模态线性自抗扰复合振动主动控制策略。首先,将其它模态的输出叠加和控制输入耦合看成是广义干扰,每个独立回路的线性扩张状态观测器能够估计出这种广义干扰,再通过前馈补偿的方式抵消这种影响;然后分别独立设计每个独立模态的线性PD控制器。最后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了四面固支压电加筋壁板结构的主动振动控制试验平台,进行了几种激励情况下的多模态线性自抗扰振动控制实验。结果表明,提出的方法不仅能够有效的抑制加筋壁板结构由于前两阶共振频率引起的振动,而且具有良好的抑制不确定因素引起的整个结构波动的能力。     

考虑失谐的弱耦合周期天线结构的振动主动控制研究

建立了弱耦合周期天线结构的动力学计算模型,基于该模型研究了结构失谐前后的振动特性;并应用最优控制方法,对该结构失谐前后振动的主动控制进行了研究;数值仿真结果表明：弱耦合周期天线结构参数的小量失谐会导致结构振动模态产生明显的局部化,失谐前后的振幅之比约为30%;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑失谐的影响,否则会导致振动控制系统的失效。     

密集模态挠性结构振动的自适应逆控制

一般空间大型挠性结构具有模态密集和参数随特殊空间环境变化的特点,给振动控制系统的设计带来严峻的挑战。常规的固定参数控制器,能很好地解决密集模态挠性结构在相当长的一段时间内不发生变化且其模型可以较为准确获取的一类问题,但结构参数变化时控制效果变差甚至系统失稳。为此研究了密集模态挠性结构振动的自适应逆控制,在二维密集模态挠性板振动控制实验系统上,实现了扰动的有效抑制,其控制效果比固定参数控制器要好;当系统结构参数发生变化时,自适应逆控制系统能够自动重新进行在线辨识和控制器参数自适应调整,达到新状态下扰动的有效抑制。     

基于动态子结构的空间螺旋弹性传热管振动特性研究

弹性传热元件振动的诱发与控制是流体诱导振动强化换热技术的关键,对弹性传热元件固有振动特性的研究至关重要。弹性传热元件一般是多根弯曲管束,通过连接体胀接后悬臂支撑,其结构的复杂性导致直接求解其固有振动特性的困难。依据动态子结构理论,通过超单元技术求解各子结构的刚度矩阵和质量矩阵,并利用固定界面模态坐标综合法数值计算了空间螺旋管束的固有振动特性,分析了不同结构参数对其振动特性的影响。结果表明,空间锥形螺旋管束的振动主要表现为轴向振动;锥度、截面直径等参数对其振动特性的影响较大,管壁厚度、螺旋节距等参数对其振动特性影响较小。     

电流变夹层板控制系统的传感器优化布置

为了解决ER夹层板系统的模态控制的实用性问题,研究了悬臂板模态坐标估计和传感器定位问题。按照变刚度模态控制算法的要求,给出了离散坐标下模态坐标估计的方法;根据连续结构的振型分析,分析传感器定位计算,建立了数学优化模型;按照模态动能法初步筛选后,枚举得到传感器优化布置方案,并且从估计精度和控制效果两个角度进行了布置方案的算例验证。结果表明,优化的传感器布置能在较少的数目下,模态坐标估计满足模态控制算法的输入需求。     

基于降阶模型的水下结构振动主动控制仿真及实验研究

基于降阶模型对水下结构振动的主动控制进行了仿真及实验研究,并取得了较好的抑制振动的效果。基于结构在可压缩流体加载下的无阻尼实模态矩阵建立了水下结构的降阶模型,由于维数的降低,进而能够设计出相对简化的主动控制系统,减少传感器和作动器的数量。通过线性二次型最优控制和结构主动变刚度控制两种方法对水下结构振动进行了主动控制仿真,均使结构振动有所下降。仿真结果显示线性二次型最优控制能够降低结构振动的峰值,而结构主动变刚度控制能够将结构的固有频率按照需要进行改变。还通过水下平板振动主动控制模型实验,验证了主动控制技术对水下结构的减振效果。     

基于厚板精化理论研究结构振动的模态控制方法

平板动力学与控制是工程结构设计中的重要研究课题。该文基于厚板弯曲振动的精确化方程, 采用Hamilton状态空间方法, 研究了平板结构的振动控制问题。通过满足平板两侧的自由边界条件以及两端的边界条件, 确定了悬臂厚板中的振动模态。而后, 采用独立模态控制方法, 对悬臂板条的振动控制策略进行了研究, 并把结果与基于Mindlin板理论计算得到的结果做了对比分析。最后, 对模态控制实施的数值结果做了进行了讨论。该文研究结果可望能在现代工程结构动力学分析和振动控制中得到应用。     

结构振动的独立模态和耦合模态的组合控制

基于模态空间控制的基本原理，提出了一种将独立模态控制与耦合模态控制相结合应用于结构振动主动控制中，得以利用两者的优点而使控制更加有效和稳定的方法。利用该组合控制法，可实现在一个控制过程中实时跟踪主被控模态的变化从而对其实施独立模态控制以达到有效地抑制结构的主要振动。而对其它非主控模态则实行耦合模态控制。这样，可使控制系统的稳定性提高、减少作动器／传感器的数量、降低控制能耗，并能在不同的激励下达到最佳的控制效果。     

压电智能连续体结构/控制一体化广义拓扑优化

对于以往较少涉及到的同时考虑结构拓扑、作动器位置与数目和控制器参数等多种优化设计变量参与的压电智能板结构的一体化优化设计问题,研究了结构/控制一体化广义拓扑优化设计的方法。提出采用基于耦合模态空间的二次型最优控制系统设计与基于遗传算法和数学形态学处理的策略进行一体化拓扑优化设计实现。数值算例的结果表明,所提方法合理、有效,能够得到清晰的结构拓扑和良好的可控性。     

弯扭耦合层合板模态特性数值模拟与试验研究

通过不同位置采用对称偏轴铺设纤维实现层合板的弯扭耦合,利用模态试验和有限元数值模拟研究弯扭耦合层合板的振动模态特性。采用单点拾振的方法采集层合板振动数据,分析其固有频率和振型参数,研究不同耦合区域层合悬臂板的模态节线位置,并且与有限元模拟结果进行对比。提出采用模态置信因子(MAC)定量描述层合板的弯扭耦合性能的方法,实现了采用模态特性研究层合板的弯扭耦合效应。结果表明,层合板的耦合效应,在低阶模态时中部耦合板显著,而高阶模态时端部耦合板显著。     

NOPD技术在板结构声辐射控制中的实验研究

本文应用NOPD技术设计了一种复合多层板，按照四边固定薄板结构的模态振型，对不同的NOPD填充形式，进行声学实验，来评价不同填充形式在降低板类结构声辐射方面的效果，分析了该类板结构声振耦合的关系并验证了NOPD技术对声辐射控制的作用。     

基于视觉分区的结构振动模态测试方法

为提高单目视觉方法进行模态测试的精度,提出了一种可估计分区视场大小及分区数的分区模态测试方法.考虑到低分辨率图像和运动模糊对振动测量精度的影响,建立了测量视场参数与测量精度的关系,通过求解最优的测量视场参数,估计出分区视场大小及分区数量;将整体结构的全局视场进行分区,展开振动模态测试,通过合并分区视场的频响函数获得整体...     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

考虑芯层横向变形的粘弹性复合材料夹层板结构的声振特性分析

夹层板结构具有很高的比强度和比刚度。若芯层采用粘弹性阻尼材料，夹层板结构还具有良好的隔振和隔声特性，因此在工程结构中得到广泛应用。以往的夹层板理论大多忽略了芯层的横向正应变和横向正应力，在分析芯层较厚的夹层板或者夹层结构的高频振动问题时由于不能体现芯层的横向压缩变形，往往显得不够合理。针对这一不足，构造了一个复合材料夹层板单元：夹层板的上下面板采用基于一阶剪切变形理论的Mindlin假定以及层合板理论进行分析；采用文献[6，7]中提出的Timoshenko层合厚梁理论构造了单元每边的转角和剪应变场，消除了Mindlin板单元当板厚变小时的剪切锁死问题；假定芯层的位移沿厚度方向线性变化，并用上下面板的自由度表示，最终形成以上下面板自由度表示的系统总的运动方程。该单元不仅考虑了芯层的横向剪切变形，还考虑了芯层的横向压缩变形。数值计算结果表明：无论对于静力问题、动力问题还是声辐射等问题，考虑芯层的横向压缩变形是合理的，也是有必要的。     

振动控制传感器／作动器的数目和位置优化设计

提出一种确定传感器、作动器的数目和优化设计传感器、作动器位置的方法。以独立模态最优控制方法为基础,将模态控制力、作动器作动力和传感器测量的信号处理为随机变量,分别建立了模态控制力能量、作动器作动力能量的自相关矩阵的测量信号的能量自相关矩阵。进一步通过作动力能量的自相关矩阵的和测量信号的能量自相关矩阵包含的能量分别确定了作动器和传感器的数目。在此基础上,建立了基于控制系统作动力消耗能量最小和传感器测量信号能量最大,分别设计了控制系统的作动器和传感器的最优位置。通过数值算例证明了该方法的有效性。