分支电路压电阻尼系统频域分析方法

首先通过定义具有一般特性的无量纲电阻抗，推导出了分支电路压电阻尼减振系统频域特性描述的一般表达式。然后．由该一般表达式分别得到了相应于电阻型、电感型、电阻／电感并联型和电阻／电感串连型分支电路压电阻尼系统的频响表达式。最后，进行了电阻／电感串连型分支电路压电阻尼系统频响特性的数值仿真，讨论了其减振的基本特性和系统最佳设计问题。     

基于压电分支阻尼技术的航空发动机叶片振动抑制方法研究

开展基于压电分支阻尼技术的叶片振动抑制方法研究。首先,对于叶片结构和压电陶瓷构成的机电耦合系统,研究其有限元动力学建模方法及模型减缩技术;其次,分析了经典的谐振分支电路以及含负电容的电感-电阻分支电路的原理和方法;最后,实际构建上述压电分支电路,重点研究了大电感和负电容的物理实现方法,并通过实验考察压电分支阻尼对某型航空发动机压气机叶片结构振动抑制的效果。实验结果表明:该建模及分析方法引入了压电陶瓷“等效电容”的概念,能够准确地预测叶片-压电陶瓷机电耦合系统的动力学特性,具备处理实际复杂叶片结构的能力;谐振分支电路在抑制叶片单阶模态振动方面效果显著,负电容的引入能够有效地增强压电分支阻尼效应。     

负电容压电分流阻尼系统的能量耗散特性

在半主动压电分流阻尼技术中,采用不同结构负电容分支电路时,系统具有不同的阻尼特性.将负电容半主动分支网络分为串联电容/电阻支路、串联电容/电感/电阻支路、并联电容/电阻支路,获得了不同支路时系统的机械阻抗,比较分析了系统能量耗散因子及刚度比,发现串联电容/电感/电阻支路能获得更宽更高的中低频阻尼性能,而并联电容/电阻支路的高频阻尼性能较好.     

基于压电分流阻尼技术的新型减振环的参数优化分析

基于压电分流阻尼技术,设计了一种采用压电堆叠的新型减振环。该减振环可以有效降低传动系统通过轴和轴承传递到支承的振动,同时避免压电堆叠承受切向应力,增加了压电堆叠的使用寿命。提出了新的压电减振环被动控制理论模型,根据压电堆叠的压电方程和机电耦合特性推导了减振环的复刚度和系统的力传递率函数。提出了三种外接电路形式,根据系统力传递函数使用MATLAB程序优化分流电路中电子元件的参数。通过数值仿真计算,可以得出安装减振环后系统力传递率函数峰值明显降低。说明减振环对轴承-支承系统具有很好的减振效果。     

负电容分支电路压电分流阻尼特性研究

在半主动压电分流阻尼技术中,采用不同形式的负电容分支电路时,系统具有不同的阻尼特性.将负电容半主动分支网络分为串联电容电阻支路和并联电容电阻支路,采用统一的频域特性方程.比较分析表明:串联方式中低频阻尼性能较好,而并联方式适合于高频使用,串/并联方式的结合使用可获得较宽频带的阻尼性能.同时还获得了串并联结构的优化参数.     

框架薄壁类结构压电分流阻尼多模态减振试验研究EI北大核心CSCD

以四边固支铝合金板(框架薄壁类结构)为研究对象开展了基于压电分流阻尼电路的多模态减振试验研究。首先,开展扫频激励下单压电片单模态减振试验,电路最优参数试验结果与理论计算结果相互吻合,同时发现电路最优参数可在一个区间内取值,而不需要与理论计算值保持绝对一致,表明压电分流阻尼电路具有良好的工程实用性;然后,基于阻塞电路开展了扫频激励下多模态减振试验,通过多个压电片实现了20~2 000 Hz内振动能量下降20.2%的减振效果,同时在一些主要模态频率处峰值控制效果可达63%,试验充分验证了多压电片多模态减振的可行性;最后,在噪声载荷激励下开展了多模态电路减振试验,在20~2 000 Hz内铝合金板三个位置处加速度响应的均方根值分别降低了19.1%,18.2%,15.3%,在648 Hz处峰值分别下降了34.1%,33.3%,31.0%。试验结果表明,多模态电路在实际工程载荷条件下仍然具有一定的减振能力。     

压电分流阻尼控制精密机械结构振动的研究

采用负阻抗变换器解决了压电分流电路中大亨值线绕电感的内阻影响抑振效能的问题.对硬盘驱动器(HDD)的磁头驱动臂这种典型精密机械结构的振动响应进行了压电分流阻尼抑制实验,对比分析了电路构型和参数优化方法对抑制效果的影响,研究了在高频微振动情况下,结构振动响应幅值对压电分流电路的抑振效果的影响.实验结果表明,改进的压电分流阻尼技术能有效抑制HDD驱动臂及磁头的瞬态和稳态振动响应.     

基于分支电路的主动-被动混合式结构振动控制

研究了压电智能结构振动控制问题。采用基于分支电路的主动-被动混合的控制方法对结构振动进行抑制，通过在控制器中设置主动电感使得分支电路的谐振频率在一定范围内可以连续调节，以适应激励频率的变化。给出了系统的模型及控制算法，并进行了仿真及实验研究。仿真及实验研究的结果表明该方法能有效地抑制结构振动，并且其鲁棒性明显好于Filter-x算法。     

含负电容谐振分流电路的压电声子晶体梁的局域共振带隙与振动衰减

通过在树脂梁上周期贴敷压电片,并连接由被动电阻-电感(RL)谐振分流电路和负电容(NC)电路串联而成的分流电路,构造了压电声子晶体梁结构。采用传递矩阵法计算了该类型压电声子晶体梁结构的带隙特性,并对电阻、电感和负电容对局域共振带隙的影响进行了深入分析,发现分流电路中的LC电磁振荡回路可产生局域共振带隙,而串联的负电容电路则可增强压电片的机电耦合效率,从而增强带隙衰减范围和衰减幅值。采用振动实验方法对理论分析结果进行了验证,证实串联的负电容对局域共振带隙的增强作用,为局域共振声子晶体的设计提供了新的思路。     

负电阻电磁分支电路阻尼隔振系统试验技术研究

给出了一种负电阻电磁分支电路阻尼隔振器,并开展了板结构的隔振试验技术研究。首先,分析了该隔振器的工作原理,给出了负电阻分支电路原理图,建立了板隔振系统的控制方程。其次,设计了板结构隔振试验测试系统,开展了板结构在正弦扫频,正弦定频,以及半正弦冲击载荷作用下的振动控制特性试验研究。测试结果表明,负电阻电磁分支电路阻尼隔振器能够有效地抑制结构的振动。     

Finite element formulation of smart piezoelectric composite plates coupled with acoustic fluid

In the context of noise and vibration reduction by passive piezoelectric devices, this work presents the theoretical formulation and the finite element (FE) implementation of vibroacoustic problems with piezoelectric composite structures connected to electric shunt circuits. The originalities of this work concern (i) the formulation of the electro-mechanical-acoustic coupled system, (ii) the implementation of an accurate and inexpensive laminated composite plate FE with embedded piezoelectric layers connected to resonant shunt circuits, and (iii) the development of an efficient fluid-structure interface element. Various results are presented in order to validate and illustrate the performance of the proposed fully coupled numerical approach.     

基于布局优化的压电分流阻尼抑振实验研究

建立了带压电分流阻尼系统的四边固支正方形弹性薄板振动控制的实验模型。针对其前五阶模态振动响应的抑制问题,以压电元件存储的电能最大化为优化目标,对采用多个压电元件的压电分流阻尼系统进行了布局优化分析。将压电元件布局优化后的压电分流阻尼系统应用于弹性薄板的多阶模态振动响应的抑制实验,分别研究了不同压电元件数量和布局对抑振效果的影响。在压电分流阻尼抑振实验中,与分流电路开路时相比,电路闭路后弹性薄板的频响函数在对应的模态频率处的幅值分别降低了11.90dB、16.94dB、16.94dB、19.91dB和16.77dB,说明经过布局优化后的压电分流阻尼系统使弹性薄板的前五阶稳态响应都得到了很好的抑制。同时也进行了非优化布局的压电分流阻尼抑振实验,实验结果对比表明,对压电元件进行布局优化可以明显提高压电分流阻尼系统的抑振效果。     

压电元件的机械阻抗及在被动控制中的应用

从分析压电元件的机械阻抗出发。推导出具有外部电路压电元件系统的机械阻抗与电气阻抗的关系；得到了具有压电元件减振系统主系统的传递函数。用解动力减振器最优值的方法求得了具有最大减振效果时LR外部电路的最佳值。实验验证了具有外部电路压电元件系统的减振效果。结果表明：将最佳LR外部电路压电元件减振系统用于两端支持的简支梁时。其一阶模态的减振效果达到19dB左右。     

基于压控电荷源和小波变换自适应算法的主-被动压电振动控制

针对压电被动振动方法中电路参数环境适应能力差、电路复杂和压电主动振动方法需要较高的输入功率问题,提出了一种基于压控电荷源和小波变换自适应算法的振动主-被动控制策略。首先,针对压电片等效电路的特点,设计了压控电荷源电路,并阐述了主-被控制方法的控制原理;对于压控电荷源的控制电压,引入了小波变换自适应算法,提高了系统的自适应能力。最后,基于dSPACE实时仿真系统,利用模拟电路和压电元件,设计并建立了四边固支的压电合金板的主-被动振动控制实验平台,对提出的方法进行了正弦和白噪声激励下的振动控制实验研究。结果表明,提出的方法能够有效的抑制压电合金板结构由于正弦激励引起的单模态和多模态振动,且能有效抑制白噪声激励引起的随机振动。     

压电陶瓷振子中的损耗及其对振子特性的影响

压电振子的等效电路形式当考虑损耗时可用两种方法表示：一种方法是不改变相应无损振子的等效电路形式,而将电路参数取为复数;另一种方法是在电路中加入耗能元件。文中分析了压电材料中的损耗现象,并用复数表示有损耗压电振子的各种参数。从压电振子的阻抗方程出发,详细分析了纵效应劝及横效应振动模式振子的谐振频率、频率偏移量与损耗大小、机电耦合系数大小的关系。     

压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的径向振动

对由压电陶瓷圆环与金属圆环组成的复合振动系统的径向振动特性进行了研究。首先分析了压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动,推出了其各自的机电等效电路。在此基础上,得出了压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了系统的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系。研究表明,当复合振动系统的壁厚比增大时,其共振及反共振频率升高。对于换能器的第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大而单调减小;对于换能器的第二阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大会出现一个极大值,而且,在一定的壁厚比范围内,换能器第二阶径向振动的有效机电耦合系数大于第一阶径向振动的有效机电耦合系数,这一规律与传统的有关压电换能器的分析理论及结果是有所不同的。     

Single point vibration control for a passive piezoelectric Bernoulli–Euler beam subjected to spatially varying harmonic loads

Passive vibration control of flexible structures can be achieved by bonding piezoelectric layers with attached electric circuits onto an elastic substrate. In this work, a new concept, denoted as single point control (SPC), is presented in order to cancel harmonic vibrations of slender beams. It is shown by an extended version of the Bernoulli–Euler theory for passive smart beams that the deflection or the slope at a specified location along the beam axis is nullified if the electric circuit is tuned and the shape of the piezoelastic layers are properly shaped. The proposed method holds for harmonic loads only, but the spatial part of the distributed external load may be unknown. A three-dimensional electromechanically coupled FE-analysis with ANSYS confirms these results obtained by the one-dimensional theory. The practical relevance of the derived theory becomes evident if optimal resistive-inductive shunts are used. The robustness of passively controlled systems is strongly increased if the piezoelectric layers are shaped according to the presented SPC-theory instead of using spatially uniformly distributed layers.