压电层合结构力学模型评述

对于存在力场、电场和热场相互耦合的压电层合结构,建立合理的热机电耦合数学模型,是进行结构振动主动控制、形状控制和优化设计的基础.通过假设适当的位移、电势和温度分布模型,根据Hamilton原理或虚功原理导出系统动(静)力学模型是一种有效的建模方法.在推导压电层合结构热机电耦合基本方程的基础上,根据位移、电势和温度分布模型的不同假设,对各种近似力学模型进行评述,指出各种模型的优缺点.最后简单展望该领域今后的发展方向.     

含压电片复合材料层合板的高阶计算模型

给出了一种分析含任意内埋压电片复合材料层合板的高阶耦合模型, 板的位移场采用三阶剪切理论, 并提出了压电片中电势场在厚度方向的三次分布模式, 可以更精确地描述力、电耦合作用下电场的非均匀分布。在平面应力的假设下给出了简化的压电材料本构方程, 推导了基于该模型的压电层合板有限元计算公式, 并对双压电片梁的弯曲和层合板的变形控制进行了计算, 压电梁的弯曲计算结果与解析结果吻合良好, 表明本文的模型和公式是精确有效的。     

压电智能结构有限元动力模型及其振动主动控制的研究

推导了压电智能结构的有限元动力方程;应用模态控制理论对结构振动主动控制的原理和策略进行了讨论,利用两种反馈控制律研究了智能结构振动抑制的问题,最后应用本文方法对一新型2—DOF平面并联压电智能杆机构进行了振动主动控制实验研究,结果表明系统的稳定时间从抑振前的488ms缩短到了抑振后的115ms,验证了本文方法的有效性。     

压电智能结构的一种模态控制新方法

提出了一个用于压电智能结构振动控制的模态控制方法。就智能梁给出了压电模态传感器与压电模态致动器的新设计方法以及相应的模态控制方法，并对相应的观测溢出与控制溢出问题进行了分析，给出了抑制这些溢出的措施。     

压电层合板高阶计算模型

压电复合(层合)结构可应用于结构振动控制、形状保持、健康监测等,建立压电层合结构精确的机电耦合计算模型成为了研究的焦点.针对表面粘贴或内部嵌入压电片的压电层合板结构,基于高阶位移场和高阶电势模型,根据Hamilton原理建立了机电耦合高阶有限元模型.该模型适用于薄板和中厚板,并且能够捕捉压电层内沿厚度方向呈抛物线型分布的诱导电势.以压电双晶片简支板为例,进行了作动器构型和开环、闭环状态传感器构型的数值分析.结果指出,诱导电势对压电传感器有重要影响,而压电作动器可忽略这种电势.     

自感知压电层合梁的数值分析与数值模拟

从压电本构方程出发,借助Hamilton原理建立了压电层合结构的有限元方程,基于此理论,对一五层的压电梁运用ANSYS参数化设计语言(APDL)建模,采用二维四结点四边形耦合单元,分析了梁与压电层的几何参数对传感与致动性能的影响,比较了不同边界条件下梁的变形变化。得出的一些有效结论,对多层智能结构的设计具有一定的参考价值。     

书本式压电作动器的特性分析

在考虑粘接层影响的情形下，利用层合梁理论导出了柱形弯曲书本式压电作动器的作动力以及机电耦合系数的数学表达式，并通过数值仿真分析揭示了机电耦合系数与压电层层数、压电层厚度以及粘接层厚度间的关系。这些结果为书本式压电作动器的结构综合优化设计提供了理论基础。     

压电智能结构振动控制中执行元件最优位置的选择

采用模态分析及控制理论,确定了定量度量模态对贮存在结构中能量积分贡献的方法。利用奇异值分解技术确定了定量度量模态可控程度的方法。以压电智能结构振动控制效果为目标,将两个度量指标加权结合,构造了一种新的度量压电智能结构可控程度的指标,并以此为选择压电执行元件最优位置的依据。最后给出数值示例说明文中方法的有效性     

智能梁压电致动器位置布置探讨

本文针对智能梁振动主动控制中,目前压电驱动器输出功率不足的缺点,通过振动模态理论和应变理论及观点,分析推导了智能梁中压电驱动器的最佳贴片位置,弥补了上述压电致动器的出力不足,提高了抑制控制效果,并通过实验验证了上述结论。     

压电智能结构振动的一致性PID(CPID)控制EI北大核心CSCD

将一致性控制方法和PID控制方法的基本思想相结合,提出了一种适用于压电智能结构振动控制的一致性PID(Consensus-PID,CPID)控制方法。该方法将系统输出偏差作为PID控制器的输入,PID控制器的输出及其在采样周期内的变化量作为一致性控制器的输入,致动器的输入电压为一致性控制器的输出。推导压电智能结构振动控制方程,以两边简支的压电智能梁为数值算例,建立动力学有限元模型,数值结果表明CPID控制方法能够有效控制压电智能结构的振动,当某些传感器失效时,对比集中式PID控制,系统在CPID控制下仍然能保持较好的控制效果。     

智能材料系统和结构中的压电材料

本文简述了智能和机敏材料的区别。综述了压电材料和含有压电材料作为驱动器，传感器以及压电纤维复合材料等不同智能材料系统和结构的性能及应用特征。展望了这类材料未来的发展。     

压电主动杆位置和增益在随机智能桁架结构振动控制中的优化

对结构物理参数、几何尺寸、作用荷载和控制力同时具有随机性时 ,随机压电智能桁架结构中主动杆的配置位置和闭环控制系统增益进行了优化 ,基于系统最小储存能 ,构建了具有动应力、动位移可靠性约束的主动杆配置和控制增益的优化模型 ;并对结构动力响应的数字特征进行了推导。通过算例 ,验证了该优化配置模型的合理性和有效性 ,获得了若干有意义的结论。     

智能材料结构的研究现状及未来发展

智能材料结构是一门由多学科高度交叉的新兴前沿学科,其发展潜力巨大,应用前景广阔,现已成为国际上的研究热点之一.对智能材料结构的研究现状进行了阐述,对智能材料结构的关键技术进行了分析,并对其未来发展进行了展望.     

压电梁振动的多输入多输出主动控制

对表面上贴有多个用作驱动器和传感器的压电陶瓷片的“压电梁”结构，导出了从驱动器到传感器的频响函数公式，作为压电结构设计和振动控制的数学模型。提出了压电梁对缓变周期扰动振动环境的多输入多输出振动抑制方法。     

智能桁架结构振动的仿人智能控制

为了研究高效实用的智能结构控制方法，将仿人智能控制（HSIC）应用于带压电作动器的空间桁架结构的振动主动控制，针对其稳定性差的缺点，提出包括模糊控制策略在内的三种改进方法。在Simulink中对三棱柱智能桁架结构的振动控制进行了仿真，并在MATLAB／dSPACE综合实验环境下进行了多种激励条件下的物理仿真实验。仿真和实验均使结构的一阶振幅迅速降低90％以上，对高阶频率的振动控制也取得满意的效果，表明HSIC能更快地控制结构振动，改进后的HSIC较好地解决了控制过程中快速性、精确性与稳定性之间的矛盾。     

智能材料与结构在航空领域的研究进展

概述了国外航空领域智能材料与结构的研究内容及现状，分析了目前研究中存在的问题，提出了今后的研究方向及发展趋势。     

基于有限元和系统辨识的智能结构主动控制

探讨了一种压电智能结构的设计方法,包括动力学建模、控制器设计和闭环系统有限元仿真。首先采用有限元方法计算滤过白噪声激励下压电智能结构的响应,以此响应作为系统辨识方法的输入,采用基于观测器/K a lm an滤波器的系统辨识方法(O bserver/K a lm an filter iden tification,OK ID)得到系统的M arkov参数,亦即单位脉冲响应的采样值,然后采用特征系统实现算法(E igensystem R ea lization A lgorithm,ERA)得到系统的最小实现,基于此模型采用LQG优化算法设计鲁棒控制器,并将反馈控制引入有限元模型进行闭环系统仿真,根据仿真结果评价设计方案。此方法克服了有限元模型无法直接用于控制器设计的缺点,通过将反馈控制引入有限元模型,可用有限元方法研究控制器的性能,也适用于设计其它复杂智能结构。     

《大尺寸空间薄膜结构形状控制研究》

高形状精度要求与形状易变性之间的矛盾是限制大尺寸空间薄膜结构空间应用的主要技术瓶颈之一。本文主要从技术层面论述大尺寸空间薄膜结构形状保持和振动抑制的方法。首先,阐述薄膜结构形状误差源及形状控制必要性分析;然后,论述国内外空间薄膜结构形状控制的研究现状,包括控制方案、传感器及执行器;最后,提出大尺寸空间薄膜结构形状控制的关键技术。     

基于压电智能结构的镗削振动主动控制的仿真与实验研究

在镗削加工中,由于镗杆长颈比较大,因此,普遍存在镗削振动问题,这种振动限制了切削效率,影响了工件表面质量。提出以压电振动干扰抑制镗削振动的设想,建立了含有压电控制单元的镗削振动系统动力学模型;基于该模型设计了实验装置。理论仿真和实验分析结果表明,该装置能够有效抑制镗削过程中镗杆的振动,且结构简单,易于实现。