基于极点配置参数优化的压电分流阻尼抑振研究

从结构的力平衡方程、压电元件的电荷平衡方程出发,结合压电分流电路的电压平衡关系,建立了包含RL串联压电分流电路的机电耦合系统的数学模型,并进一步推导出系统的传递函数。以系统自由振动响应的衰减系数最大化为优化目标,采用极点配置参数优化方法对传递函数中的参数进行优化分析,求解出压电分流电路中电感元件和电阻元件的优化值。将分析结果应用于一柔性悬臂梁结构的振动响应抑制实验取得了良好的抑振效果,验证了用极点配置参数优化法进行压电分流阻尼振动控制系统设计的有效性。     

负电容压电分流的圆环超构材料隔振

针对共振结构宽频振动控制不足,本文研究了力电耦合超构材料的振动隔离特性。以超构材料存在带隙特性为出发点,设计了一种周期性铺设有压电纤维片的圆环超构材料,外接负电容分流电路以实现振动衰减作用。建立了超材料圆环的动力学方程,并通过有限元仿真软件验证了其衰减特性。发现圆环超构材料出现局域共振带隙,负电容分流电路的加入不仅在一定程度上拓宽带隙,且其减振效果十分显著。     

MR阻尼器在空间网壳结构风振抑制中的结构几何参数影响

磁流变液(MR)阻尼器是一种新型智能材料减振装置,将MR阻尼器以适当方式和网壳结构结合,形成具有智能材料杆件的空间网壳结构,以达到抑制结构风振的目的,研究了结构几何参数对空间网壳结构的抗风减振效果的影响.研究表明,网壳结构的几何参数的改变对加入MR阻尼器后的网壳结构在风荷载作用下的减振效果具有一定程度的影响.     

空气中纵向加肋混凝土圆柱壳的结构噪声辐射分析

城市高架轨道箱形梁产生以低频噪声为主的结构噪声对周边建筑物的安全、精密仪器的正常使用、沿线居民的日常生活等均造成了很大的影响。为探求轨道箱形梁结构噪声产生的机理,研究了空气中无限长纵向加肋混凝土圆柱壳。考虑流固耦合作用,利用波数域法和传递矩阵法研究了耦合系统的声辐射特性,并分析了观察点位置、外激励幅值、结构阻尼、纵向肋骨数量等参数变化的影响规律。结果表明：增加纵向肋骨的数量,可以有效降低混凝土圆柱壳的振动和结构噪声。可为实际工程中管道结构的减振降噪研究和轨道箱形梁结构噪声的理论研究提供基础。     

无限长粘弹性圆柱壳中的功率流

本文利用富里叶积分变换导出了无限长自由阻尼粘弹性圆柱壳受迫振动的行波解,并分析了外载荷输入无限长粘弹性圆柱壳中的功率和功率流沿此圆柱壳的传播。比较了弹性壳和粘弹性壳中的功率流,和两种不同厚度的粘弹壳的减振效果。本文计算结果可供结构振动设计时参考。     

降低低频线谱的阻抗增强环肋圆柱壳结构设计

为降低水下航行体的低频线谱,对环肋圆柱壳进行了阻抗增强设计.基于模态分析理论分析了利用机械阻抗进行振声控制的机理,指出利用肋骨的不等截面、附加阻抗增强设计可以有效抑制圆柱壳的低阶"优势模态";根据阻抗失配和波型转换原理在肋骨腹板上添加振动阻尼物,采用波动理论分析了振动波传递特性,给出了具有高传递损失的阻抗增强肋骨设计方法.在上述基础上,提出一种阻抗增强环肋圆柱壳结构,对该新型肋骨加强圆柱壳振声性能进行了分析.结果表明提出的阻抗增强肋骨环肋圆柱壳不仅可以有效降低壳体振动均方速度,还大幅削弱了低频噪声线谱,具有较好的减振降噪效果.     

应力参数对圆柱壳声辐射影响的初探

对加筋圆柱壳由于肋骨数目改变所引起的结构应力参数变化对辐射噪声的影响进行了探索．运用Ansys软件建立不同结构参数的加筋圆柱壳有限元模型，计算了模型在激振力作用下的耦合振动响应，提取结构表面的位移，在Sysnoise软件中计算各种声学物理量．得到了各工况下模型在水下受激振动时的结构表面速度、水中辐射声压和辐射声功率等分布规律．找出了肋骨数目改变引起的结构应力参数与加筋圆柱壳振动和结构声辐射之间的关系，对舱段结构振动与噪声的控制有重要的参考意义．     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

主-被动方法优化负电容压电阻尼振动系统电路参数

针对负电容压电阻尼振动系统中负电容电路参数对振动幅值影响较大且不能适应外界环境变化而自动进行调节的问题,提出了一种主-被动方法,该方法将负电容电路参数调节问题转化到主动控制算法中.首先,针对压电等效电路特点,推导了主-被动方法原理.依据折半搜索算法的思想,阐述了主动控制器参数调节流程.最后,基于dSPACE1104在线仿真系统,使用压电和模拟电路元件,建立了四边固定的压电合金板主-被动振动控制实验平台,对提出的主-被动方法进行了实验研究.实验结果表明:提出的方法能够让负电容控制器的电路参数达到最优,且控制效果在同等条件下优于单独的主动控制或被动控制方法.     

基于卡门涡街效应的压电悬臂梁的发电仿真分析

为研究压电体在海洋中受迫振动发生形变产生电场的复杂问题,本文以柔性压电片(聚偏氟乙烯作为压电体)为例,基于ANSYS有限元仿真软件,建立流体固体压电三场耦合的仿真模型,研究基于卡门涡街效应的柔性压电悬臂梁的发电能力与水速、圆柱直径、压电片尺寸之间的关系。分析结果表明,在压电片尺寸和水流速度相同的情况下,圆柱直径为40mm时,产生的电压最大为1.95V;在压电片尺寸和圆柱直径相同的情况下,水流速度为0.2m/s时,产生的电压最大为1.95V;在水流速度和圆柱直径相同的情况下,当压电片长度为170mm时,产生的电压最大为1.85V。该研究为以后相关研究提供了理论基础。     

基于zig-zag假设的压电阻尼层合结构机电耦合建模与分析

基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom, DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过对文献算例的计算与仿真,验证建立的有限元模型的正确性。研究了材料增强角度、阻尼层厚度和结构曲率对压电阻尼层合结构频率和损耗系数的影响,为压电阻尼层合结构的减振及结构优化提供参考。     

钝体-压电片风致振动能量收集优化试验

对不同参数的钝体-压电片系统进行了风洞试验,分析了钝体形状、质量和压电片长度对钝体风致振动响应及其能量转换特性的影响,验证了驰振理论模型。试验结果表明,相比梯形柱、圆柱和三角柱,方柱起振折减速度低、振幅响应大、能量输出高,其振幅、输出电压和功率最大分别能达到5D、0.55 V和0.378μW。质量增加引起结构阻尼比增大,从而临界折减速度增大,能量收集效果变差。随着压电片长度的增大,系统的能量输出增大,当压电片长度为3.5D时,系统能量收集效果最佳。     

功能梯度圆柱壳弹性临界载荷预测

针对功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷预测问题,本文提出了一种预报弹性临界载荷的半解析方法。利用薄壳理论建立了壳体耦合振动方程,运用抛物线法求解得到了充液功能梯度圆柱壳的固有频率,通过固有频率平方和内压的线性关系利用插值方法得到功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷。通过与已有结果对比,验证了本文方法的正确性。计算了氮化硅-不锈钢功能梯度圆柱壳的弹性临界载荷、边界条件和结构参数等变化对功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的影响。本文提出的基于内压条件下的固有频率来预报功能梯度圆柱壳弹性临界载荷的方法,相比于外压条件下的试验和仿真方法,方法简单,更易于实现。     

基于遗传算法的TMD参数优化研究

将遗传算法应用于结构被动减振装置的参数优化之中，提出了优化方法以及数学模型。以控制一个大跨度钢桁架连廊的人致振动为工程实例，通过Matlab编写算法主程序，利用有限元进行循环计算，实现对STMD系统的刚度、阻尼参数以及MTMD系统的位置组合的优化。结果表明：在TMD系统中应用遗传算法寻优得到的最优参数比Den hartog定点理论计算出的最优参数减振率提高2.7%,在MTMD系统中最优的布置方式比均布布置方式对中心频率的减振率能提高2.2%,同时也说明了遗传算法在TMD减振系统优化中的可行性。     

随机参数压电桁架结构的稳定可靠性分析

在有限元分析方法基础上,基于稳定特征方程对随机参数压电桁架结构进行稳定可靠性分析.综合考虑电荷载和机械荷载联合作用的机电耦合效应,以杆元的物理参数和外荷载系数为随机变量,给出了压电桁架结构失稳的安全余量的表达形式和临界荷载系数对变量求导的方法.在此基础引入随机有限元法,对压电桁架结构进行结构稳定可靠性分析.最后由算例分析了机电耦合效应压对稳定可靠性指标的影响,分析表明考虑压电材料的机电耦合效应和利用外加电压可以提高结构系统的可靠性指标.该方法对含压电材料桁架在工程实际的稳定可靠性分析提供了一个较好的方法.     

压电类智能结构耦合系统动力学分析

对压电类智能结构耦合系统动力学问题进行了分析,阐明了压电结构在外载(机械力或电场)作用下的力学特征、电学特征.从机电耦合弹性体的理论出发,运用Hamilton原理建立一般压电类智能结构耦合系统的动力分析模型,进行压电类智能结构耦合系统的有限元分析.以此为基础进行压电类智能结构耦合系统动力学分析:模态分析和瞬态动力分析.最后利用有限元分析软件ANSYS,对粘贴压电陶瓷片的压电悬臂板耦合效应进行模拟分析,进行了模态分析、瞬态动力学分析研究.说明了压电类智能结构耦合系统的动力学特性.     

悬臂梁式压电能量收集器的建模与分析

为了更加精确的表达悬臂梁式压电能量收集器的输出特性并优化其结构参数,设计一种分布参数建模法,首先根据Rayleigh-Ritz法和Euler-Bernoulli梁理论,建立悬臂梁式压电能量收集器的分布参数模型的偏微分方程;基于压电效应,通过高斯定理与基尔霍夫定律将机械部分与电路部分耦合起来,建立起压电能量收集器的分布参数模型,求出了机械振动响应和电学响应;基于分布参数模型,对压电能量收集器施加简谐激励,利用MATLAB计算末端质量块质量、结构尺寸对输出能量的影响,并进行负载阻抗匹配;最后通过实验来验证末端质量块对输出能量的影响以及分布参数模型的正确性。     

反对称铺设的单曲率椭圆形壳结构双稳态性能研究

通过垂直于圆柱壳方向的圆柱截取反对称铺设的双稳态圆柱壳结构的方法,可得到一种新型 的单曲率椭圆形双稳态壳结构,此结构具有伸展和卷曲两种稳定状态．通过最小势能原理对双稳态 椭圆形壳结构进行理论研究,得到其卷曲半径理论解,并与有限元模拟结果进行对比来研究不同参 数,包括截取半径、圆柱壳的初始半径、铺设层数和铺设角度等对椭圆形壳结构的双稳态特性的影 响．在研究双稳态椭圆形壳结构的过程中,通过对截取半径、圆柱壳的初始半径、铺设层数和铺设角 度等参数的不同设计,可以得到其不同的双稳态形状,可指导新型的双稳态椭圆形壳结构的制备及 应用．     

基于模态缺陷的变刚度复合材料圆柱壳屈曲特性

研究了基于自动铺丝技术的变刚度复合材料圆柱壳的屈曲性能和缺陷敏感性。基于丝束剪切/重送技术,提出了可以精确模拟圆柱壳面内重叠/间隙区域的简便算法,使有限元模型更加贴近实际制造过程。开展了复合载荷作用下曲线纤维铺层方式对圆柱壳屈曲性能影响的研究,结合Kriging模型和遗传算法,对纤维角度沿环向和轴向线性变化的铺层设计方式进行了优化。最后,利用改进弧长法对不同模态缺陷条件下变刚度复合材料圆柱壳的缺陷敏感性进行了分析。结果表明:在轴压和均匀外压复合作用下,纤维角度沿轴向变化的铺层方式可以有效提高结构的屈曲性能。当带宽为25.4 mm、T₀=80、T₁=45时变刚度圆柱壳的屈曲性能最优,较基准构型和常刚度最优构型临界屈曲载荷分别提高了70.9%和34.5%。变刚度圆柱壳的抗缺陷敏感性较基准铺层方式和最优常刚度铺层方式得到了提升。因此,变刚度设计可以使复合载荷作用下的圆柱壳结构在提升结构抗屈曲性能的同时降低对几何缺陷的敏感性。     

圆柱形涡致振动压电能量收集阵列的仿真分析

对内嵌压电悬臂梁的柔性圆管串列结构进行流固耦合和压电耦合数值模拟.圆管排列方式采用刚性圆柱作为阻流体,沿来流方向在阻流体后面串行排列两个内嵌压电梁的柔性圆管作为能量收集阵列,通过数值模拟分析涡致振动下的能量收集阵列振动状态和产生的电压情况.通过控制流速从0.4 m/s增加到1.4 m/s,分组仿真研究柔性圆管顶端最大形...