智能桁架结构机电耦合有机元分析与实验研究

从压电弹性体的本构关系和机电耦合变分原理出发,建立了智能桁架结构的机电百合有限元动力方程,同此推导出智能桁架结构的动态响应与压电主动构件输入电压之间的机电耦合传递函烽,并给出结构模态参数识别方法。提出了利用压电主动构件作为智能桁架结构内激励激的结构模态测试新理论。最后,用文中的分析方法建立了一个三维智能桁架结构的动力学模型,有限元计算与实验结果的一致性很好。     

压电智能板振动主动控制有限元模拟

文章由线弹性压电层合结构有限元动力方程,进一步推导了压电智能结构的主动控制方程;采用三维八节点实体耦合单元模拟压电致动器/传感器,运用ANSYS参数化语言(APDL)建立了压电智能板结构的有限元模型,并进行模态分析,将系统耦合有限元动力方程转化为模态坐标下的系统状态空间方程;考虑了离散分布式压电致动器/传感器对于主结构...     

智能桁架结构振动阻尼控制研究

研究利用压电主动构件实现智能桁架结构阻尼控制的技术．控制方法采用局部积分力反馈,将压电主动构件的弹性内力经积分器反馈,以此获得施加于压电主动构件上的驱动电压,达到智能桁架结构闭环阻尼控制的目的．这种控制方法具有良好的稳定性和鲁棒性．通过一个空间桁架结构的控制实验,结果表明,该控制方法是有效的,可获得较大的结构模态阻尼．     

智能桁架振动控制中主动杆件多目标最优配置

在智能桁架结构机电耦合静／动力分析模型基础上，给出结构系统压电元件对变形的检测方程，并分析系统动态特性，除位移模态外，得到了系统电势模态。进一步采用独立模态空间控制方法对结构振动进行控制，并进行主动杆件多目标最优配置研究。除控制能量最小化外，对非控模态的控制溢出和观测溢出最小化是另外两个优化配置目标函数。算例表明了分析方法的可行性和有效性。     

压电主动构件机电耦合动力学建模

基于压电弹性体的本构方程和一维杆波动理论,考虑其变形产生的自感应电场和附加动态电容的影响,首先推导出压电堆的动力学模型。在此基础上,利用力学等效原理,建立了压电主动构件的等效机电耦合动力学模型,揭示了压电主动构件的力学工作特性。实验结果表明该等效机电耦合动力学模型是合理、有效的。     

压电桁架分析方法及算法

总结了压电桁架结构有限元分析的基本方程和求解算法,并具体讨论了因为考虑机电耦合性质产生的具有非对称系数矩阵线性方程组的凝聚求解法和直接LU分解法.对静力分析中两种方法进行了研究和对比,归纳了各自的特点.最后,考虑到直接LU分解算法的一些明显优势,提出了基于直接LU分解法进行压电桁架结构分析和优化设计的算法.     

压电类智能层合结构的ANSYS仿真分析

分别介绍了压电类智能结构的基本概念及其在土木工程中的应用、大型有限元分析软件ANSYS及其耦合场分析功能.并运用有限元软件ANSYS强大的耦合场分析功能计算了压电智能层合梁在静电场中的位移、应力和谐振模态.     

压电智能结构振动控制的数值模拟

文章考虑了压电传感器/激励器的刚度和质量对系统的影响,建立了压电智能结构的有限元动力方程;采用三维八节点实体压电耦合单元,运用ANSYS参数化语言(APDL)编写了压电智能结构振动主动控制的数值模拟程序;研究了系统在干扰荷载作用下P、PD和PID控制器的控制性能,分析了不同控制情况下的系统特征参数识别,并讨论了一对压电片和多对压电片对系统的控制效果,以数值算例对理论分析进行了仿真。研究所得结论对压电智能结构振动主动控制的实践具有一定的参考价值。     

水下结构声主动控制压电传感器/作动器布置研究

研究了板水下声辐射主动控制时压电传感器/作动器的布置问题.基于声振耦合理论,在低于临界频率情况下对结构模态和声极子的相互关系做了深入的分析,建立了板波数和辐射声功率间的关系,并据此提出了模态抑制和模态重组方法相结合的压电片布置方案.结合有限元/边界元数值计算方法,对所提出的压电片布置方案进行了结构辐射声功率控制的定量计算.与应变理论和角落单极子理论相比,基于声振耦合理论的压电片布置方案在高频段给出了更好的辐射声功率控制效果,同时所需要的控制作动电压相对大幅下降.     

带有充液容器的压电结构晃振建模研究

为了利用压电驱动器作为主动元件抑制带有充液容器的结构晃振,需要对压电结构晃振进行精确建模。本文针对一个自由端部带有充液容器的压电悬臂结构,利用有限元方法对无充液情况下的压电悬臂结构进行模态分析并建立其状态空间表达式,利用质量摆等效力学模型描述容器中液体晃动,将推导出的压电悬臂结构模型和液体晃动模型耦合得到整个系统晃振模型。通过试验分别验证不同充液水平下的晃振模型的频率 和Bode图,结果表明建立的带有充液容器的压电悬臂结构晃振模型及其状态空间表达式可用于控制设计。     

智能结构压电执行器位置的拓扑优化

提出了一种选取压电执行器优化位置的拓扑优化方法·其基本思想是利用可控矩阵的奇异值单元灵敏度来识别压电执行器优化位置·讨论了智能结构模态可控性的度量问题;推导了可控矩阵奇异值单元灵敏度公式;给出了确定压电执行器优化位置的优化准则;用算例说明了方法的有效性·     

压电陶瓷位置对换能器耦合振动特性的影响

基于表观弹性理论,给出了压电陶瓷晶堆处于不同位置时耦合振动换能器的设计方法.在理论推导的基础上,借助有限元软件Ansys,研究了晶片位置对换能器耦合振动特性的影响.结果表明,随着陶瓷晶堆远离换能器位移节面,有效机电耦合系数和动态电容逐渐减小,静态电容、动态电阻和动态电感增大.同时,加工了相应尺寸的换能器,对其性能参数进行了测试,理论计算和实验测量结果符合较好.     

Modeling and optimal vibration control of conical shell with piezoelectric actuators

In this paper numerical simulations of active vibration control for conical shell structure with distributed piezoelectric actuators is presented. The dynamic equations of conical shell structure are derived using the finite element model (FEM) based on Mindlin's plate theory. The results of modal calculations with FEM model are accurate enough for engineering applications in comparison with experiment results. The Electromechanical influence of distributed piezoelectric actuators is treated as a boundary condition for estimating the control force. The independent modal space control (IMSC) method is adopted and the optimal linear quadratic state feedback control is implemented so that the best control performance with the least control cost can be achieved. Optimal control effects are compared with controlled responses with other non-optimal control parameters. Numerical simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the control scheme.     

智能抛物面桁架天线的建模和模型降阶

设计了一个智能抛物面桁架天线，采用有限元方法得到了它的动力学模型．由于此模型的阶次太高，给以后的振动控制工作带来了极大的困难．采用模态集结法对其高阶模型进行降阶．通过零极点比较、输出曲线比较和将针对低阶模型设计的线性二次型最优控制律加入原高阶模型等方法对降阶结果进行了验证．     

含有粘贴式压电作动器的锥壳结构振动主动控制研究

针对某卫星发射过程中所应用的适配器模型,利用4节点Mindlin板单元对其进行了有限元建模,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,大大降低了计算量;利用基于独立模态空间控制的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.     

一种压电复合材料层合板机电耦合有限单元

基于压电复合材料层合板经典理论,建立了一种四边形机电耦合有限单元．所建单元具有ｍ个电自由度,可直接模拟单元中的电压作用和检测电压输出;单元每一节点具有５个位移自由度,可计及复合材料层合板的拉弯耦合变形．给出了各类刚度矩阵的形式,简述了利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导出机电耦合基本运动方程的过程,并根据所推导的有限元素和基本方程编制了程序并进行了计算,所得结果与文献中的计算和试验结果相吻合．     

智能结构的若干问题与进展

阐述了智能结构的基本概念及研究意义,介绍了国内外在智能结构方面的研究现状,重点讨论了以压电材料为基础的压电智能结构的组成,压电致动器及压电传感器的布置方式,压电智能结构的分析方法及压电智能结构的优化等问题,最后对智能结构目前要解决的问题和今后的研究方向作了展望。     

含压电材料复合板有限元模型

智能结构由主结构和作为传感元件和执行元件的分布压电材料及控制系统组成，是80年代末至90年代初兴起的一门综合性的高技术交叉学科，在建模、控制、优化等诸方面仍存在许多问题有待进一步研究。本文利用最小势能原理导出了具有压电传感器和执行器弯曲板的有限元方程的一般形式，建立了智能结构有限元静力模型，构造了一种新的压电板单元。最后用实例验证了该模型的正确性，该单元不仅节省计算机内存和计算机机时，而且提高了计算结果的精度。     

机敏约束层阻尼减振板耦合系统有限元模型

针对机敏约束层阻尼减振板结构,考虑到粘接层、压电层、阻尼层、基层结构的耦合运动及位移协调关系,结合压电学理论、有限元理论以及粘弹性材料阻尼性能的滞弹性位移场模型,建立了耦合系统的有限元动力模型,该模型可适用于含SCLD结构的任意复杂系统的振动建模研究。以局部覆盖SCLD结构的对边约束钢板为研究对象,进行了结构动力学参数理论计算、ANSYS模态分析与模态实验研究,结果表明：理论分析与实验结果及ANSYS分析能较好吻合,充分证明了建模方法的有效性。