点式压电智能柔性板的振动主动控制的建模与仿真

基于有压电电层的层合板结构的二维传动方程与二维传感方程,导出了粘贴有点压电传感器与执行器的智能板结构的有限元模型的模态振动控制方程与传感方程。由此模态－状态方程,利用线性二次优化方法得到了智能板结构的最优控制输入。     

点式压电智能柔性板振动主动控制的建模与仿真

基于有压电层的层合板结构的二维传动方程与二维传感方程,导出了粘贴有点压电传感器与执行器的智能板结构的有限元模型的模态振动控制方程与传感方程。由此模态-状态方程,利用线性二次优化方法得到了智能板结构的最优控制输入。对在冲击与随机激励下的悬壁智能板的计算机仿真结果,证明了本有限元模型的可行性与有效性。     

压电悬臂梁的动力学建模与主动控制

为计及压电层的刚度特性,基于一阶剪切变形理论推导压电层合梁的抗弯刚度,由Hamilton变分原理建立压电层合梁的有限元模型,采用模态叠加方法对有限元模型降阶。在应变最大处配置制动器和传感器,基于鲁棒极点配置算法对低阶系统设计状态反馈,配置极点至期望位置。把针对低阶系统设计的控制器作用于原系统以实现振动主动控制。数值算例验证了这种力学建模方法和控制器设计方法的有效性。     

复合材料层合板的声辐射模态幅值分析

低频时, 控制振动结构第一阶声辐射模态伴随系数可有效控制总声功率。通过分层有限元模型可以求解层合板的位移模式。对层合板的固有频率和动态响应进行了理论推导。结合声辐射模态理论, 研究了层合板铺设角度、 弹性模量比、 跨厚比以及阻尼比等结构参数对层合板结构第一阶声辐射模态伴随系数的影响。计算结果表明, 分层理论结合有限元方法可以较准确地计算层合板固有频率, 而且铺设角度和跨厚比对层合板结构声辐射模态影响较大。     

用压电元件实现复合材料层合板振动控制的数值分析

采用板的一阶剪切变形理论，对含有压电材料层的复合材料层合板，从机电耦合的变分方程及Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理出发，建立起求解其动态响应 的有限元方程。同时也给出了压电材料层作为传感元件时的传感方程及作为作动元件时的作动方程。并采用速度反馈控制实现了层合板的主动振动。最后给出了计算实例。     

采用分层理论计算层合板的固有频率和振型

采用有限元方法并结合分层理论对复合材料层合板的固有频率和振型进行理论计算,再用实验验证。通过分层有限元模型求解层合板的位移模式,对层合板固有频率进行计算。分析有限元网格数,铺设角度、铺设层数等对固有频率的影响,获得层合板自由振动的前九阶振型,采用实验进行了验证。结果表明,提出的方法可较精确计算层合板的固有频率和振型。     

基于模态应变能分布的压电致动器/传感器位置优化遗传算法

本文由线弹性压电结构有限元动力方程,推导了压电智能结构的振动控制方程。建立了准确模拟层合压电结构动力行为的有限元模型。基于主结构模态应变能分布提出了一种新的优化目标函数,将压电致动器/传感器位置编号作为优化变量,建立了离散变量表示的智能结构优化问题,并通过二进制编码的遗传算法（GA）求解了该最优问题。以四边固支复合层合压电智能板为数值算例,采用比例反馈控制, 研究了最优位置配置致动器/传感器智能结构目标模态的控制效果。数值结果表明基于模态应变能分布的遗传算法所得优化解具有较好的振动控制效果。     

复合材料层合板振动衰减主动控制力学模型

简要介绍了新兴的智能复合材料结构及其应用发展前景。对双压电元件复合材料层合板的振动衰减主动控制给出了有限元计算公式,导出了压电激振器、传感器的输入、输出方程,建立了结构振动主动控制的数学模型。     

基于Morris灵敏度分析的弹性-黏弹性层合板阻尼性能代理模型构建

以构建嵌入开孔阻尼层的弹性-黏弹性层合板阻尼性能代理模型从而加速阻尼优化过程为目标,分别应用摄动法和Morris方法分析层合板一阶模态阻尼比的参数灵敏度,筛选高敏感参数,并使用多项式响应面法对模型阻尼性能进行拟合,以构建代理模型;进一步预测新采样点层合板的模态阻尼比并计算其均方根误差,评价代理模型的代理性能.针对一嵌入...     

压电层合板层间应力新研究

综述了压电层合板数值分析方面的一些进展，在一般层合板理论的基础上提出一个多层压电层合板单元，依据线性压电理论建立压电层合板单元的杂交元模型，利用三维8节点块状单元建立多层压电层合板的有限元列式，解决了压电层合板层间应力的连续性。     

压电锥壳结构振动主动控制研究

针对实际工程中所应用的某锥壳模型,利用平面板单元对其进行有限元建模,将分布式压电作动器的影响作为动力学边界条件加入模型当中;试验数据与理论计算结果对比证明该方法能够满足精度要求,此外与通常的层合理论建模方法相比,该方法更加简洁,降低了计算量;利用基于独立模态空间的负速度反馈控制方法对锥壳结构进行了振动主动控制研究,仿真结果可以看出利用少数作动器即可达到理想的控制效果。由于控制器本身比较简单,具有很好的鲁棒性,因此对于实际工程应用具有非常重要的指导意义。     

A non-destructive evaluation of the material properties of a composite laminated plate

A non-destructive method for the evaluation of material properties of a rectangular, anisotropic, homogeneous plate with four free edges is presented. The method consists of two steps. In the first step, a certain number of the plate's natural frequencies are experimentally measured. In the second step, the plate rigidities are varied in a theoretical model, so that the calculated natural frequencies match as close as possible the corresponding experimental values. Two such models are presented, based on the Classical Lamination Theory and on a Higher Order Shear Deformation Theory. High order Lagrange polynomials are used as deflection functions and the Rayleigh-Ritz procedure is employed to arrive at the solution. The identification of the plate rigidities is done by means of an iterative Bayesian parameter estimation method, where possible measurement errors or rigidities' uncertainties can be taken into account.     

基于有限点振速分布设计误差传感策略

误差传感策略是实现主动结构声学控制的关键的一环。在中低频率时，控制振动结构前几阶声辐射模态可以有效控制总声功率，基于声辐射模态进行板结构主动声学控制的关键是如何获得前几阶声辐射模态伴随系数。在振动平板上测量少数点振动速度分布，利用声辐射模态性质，通过求解欠定方程，得到所需要的前N阶声辐射模态伴随系数。利用得到的前N阶声辐射模态伴随系数作为控制器的输入，形成基于声辐射模态的主动控制策略和相应的误差传感策略。以固定支撑板为例，从主动控制效果分析得到的结果与理论值一致，说明利用上述误差传感策略得到前几阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

Stochastic nonlinear free vibration analysis of elastically supported functionally graded materials plate with system randomness in thermal environment

This paper presents the stochastic nonlinear free vibration response of elastically supported functionally graded materials (FGMs) plate resting on two parameter Pasternak foundation having Winkler cubic nonlinearity with random system properties subjected to uniform and nonuniform temperature changes with temperature independent (TID) and dependent (TD) material properties. System properties such as material properties of each constituent’s material, volume fraction index and foundation parameters are taken as independent random input variables. The basic formulation is based on higher order shear deformation theory (HSDT) with von-Karman nonlinear strains using modified C⁰ continuity. A direct iterative based nonlinear finite element method in conjunction with first order perturbation technique (FOPT) developed by last two authors for the composite plate is extended for FGM plate to compute the second order statistics (mean and coefficient of variation) of the nonlinear fundamental frequency. The present outlined approach has been validated with those results available in the literature and independent Monte Carlo simulation (MCS).     

加肋板自由振动的移动最小二乘无单元分析

基于移动最小二乘近似,提出一种分析加肋板结构自由振动行为的无网格方法。将加肋板视为平板和肋条的集合,以梁模型来模拟肋条。从板和肋条位移场的移动最小二乘近似出发,先分别建立板和肋条自由振动情况下的势能泛函,再通过引入板和肋条之间的位移协调关系,将两者的势能叠加,建立描述整个加肋板自由振动行为的控制方程。本文方法的无网格特性让肋条可以配置在板上的任意位置,而肋条位置的改变也不会像有限元那样导致板网格的重构,应用于加肋板的优化设计中可极大的减轻分析负担。文末通过算例将本文方法解与ANSYS软件给出的有限元解及现有文献结果比较,验证本文方法的准确性     

基于抗振动疲劳的薄板加筋设计分析

振动是航空薄板常见的载荷形式,通常采用加强筋来减小振动幅度,从而提高薄板寿命.研究薄板的抗振动疲劳加筋方法,探讨加强筋与板的连接方式以及加强筋的布置方向对薄板振动与疲劳的影响机制.首先,基于振动理论和板筋变形协调条件,建立加筋薄板的运动方程.然后,建立铆接、点焊和滚焊连接形式的加筋薄板有限元模型,探讨连接单元的动力学建模方法;在此基础上,研究连接形式和加筋安装方向对薄板结构动力学特性的影响;最后,结合动力响应分析探讨板筋连接方式和加筋安装方向对疲劳寿命的影响.研究结果表明,双向加筋薄板在低频振动时刚度高于单向加筋薄板,双向加筋有利于提高结构抗疲劳强度,铆接单向加筋薄板的振动疲劳寿命最短.     

板振动的无需次级通道建模的分散式前馈控制方法研究

本文针对板的振动,提出了一种无需次级通道建模的分散式前馈控制方法。该前馈控制方法不需要结构的物理信息,并且能够控制板在非共振频率处的线谱振动。采用压电片和加速度计分别作为执行和传感元件,建立了简支板振动主动控制的理论模型和实验系统。提出了分散式前馈控制策略,并分析了无需次级通道建模的分散式前馈控制算法的稳定性。提出了一种内模滤波器将加速度信号转变为速度信号,并补偿抗混叠滤波器和平滑滤波器的频率响应,使执行器和传感器保持同位配置。通过仿真和实验验证了该算法的有效性。     

含裂纹平板的振动及裂纹扩展分析

针对含裂纹平板的振动与疲劳问题,研究含裂纹平板耦合动力学建模方法。首先在变形相似性原则下通过力学平衡原理推导出含裂纹项的平板振动方程,进而基于应力关系式形成裂纹项的表达式。在此基础上,利用Galerkin法将含裂纹板简化成单自由度振动系统,根据Berger经验方法产生方程的非线性项构建含裂纹板的非线性振动模型。最后通过算例探讨含裂纹板的动力学特性,协同Paris方程研究含裂纹平板动力学与裂纹扩展的耦合行为。研究结论表明,阻尼大小和激励力的变化对含裂纹板的振动特性及裂纹扩展规律具有显著影响。所提出的含裂纹平板耦合动力学建模方法,考虑了振动与裂纹扩展的耦合效应,为飞行器板结构抗振动疲劳设计提供理论依据。     

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。     

结构振动主动控制理论及实验研究

本文以薄板结构为模型．运用模态分析方法推导并分析讨论了结构振动主动控制的基本原理和原则，在此基础上，采用自适应滤波技术实现了振动主动控制系统，在对一炬形薄板的振动主动控制实验中取得了良好效果。