含压电片层合板的静变形控制

借助阶梯函数，建立了含有任意分布的用作执行器的的压电片的层合板弯曲方程，然后利用该方程，进行了层合板静变形控制的研究，最后给实例，用“遗传＋配点”法对压电片的位置和尺寸进行了优化。结果表明，用压电片作执行器，用“遗传＋配点”法进行优化是对板进行静力变形控制的一条有效途径。     

弹性板振动的多模态主动控制

采用多对压电片对板振动的多阶模态进行主动控制。为了改善结构振动控制的效果，本文对选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR控制算法作了初步研究。首先，按能量准则推导了控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的理论计算公式，为权系数矩阵的选取提供了一定的理论依据。然后，运用该算法，在研究了单对压电片进行振动主动控制的基础上．本文深入分析了压电层合板振动的多阶模态控制的问题，用Matlab进行系统仿真，得到了压电层合板受到初始位移激励下板中心点的位移和控制电压大小随时间变化的曲线。数值模拟的结果表明，该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的．进一步验证了该方法能达到有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的。     

可控约束阻尼层板的杂交控制

用局部压电层控制约束阻尼约束层产生一种新的主、被动杂交控制形式,称为可控制 约束层。本文根据弹性材料、粘弹性材料、压电材料的本构关系和变形连续条件,建立了可控约束阻尼层板的控制微方程;从理论上证明了用离散小压电片组合来代替整体压电层而不影响作动效果,改善了结构的工艺性;利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法和ＧＨＭ方法建立了系统的近似低阶方程对一试验模型进行了控制数值模拟和试验实现,结果表明这种杂交控制对控制     

含压电片层合壳的有限元分析与控制仿真

本文首先针对含压电材料的一般结构，推导了按位移和电位移求解时的混合变分原理，在此基础上，通过对面电荷取变分，直接得到了含按电压驱动压电片层合壳的有限元方程，最后给出了利用压电片进行静变形和振动控制的仿真算例，并进行了分析。结果表明，本文建立的有限元方程准确、可靠。     

基于改进遗传算法主动柔性结构压电元件位置优化

基于改进的遗传算法提出了一种解决多压电片布置在柔性结构上以实现振动主动控制的有效方法.本文采用D优化设计准则,即把Fisher信息矩阵行列式最大值作为目标函数的一种优化方法.通过对结构模态振型和动力特性的研究,使用一种简单的方法将所选择的低阶模态振型转化为归一化形式,最后通过结构模态振型可确定压电片最优位置.为了达到更好的振动控制效果,压电片布置在结构模态应变最大位置处.当在结构不同位置上布置压电片时,结构各阶模态振型也将随之发生不同程度的变化.本文建立了ANSYS软件和遗传算法的接口来实现对结构的模态重分析,从而提取各阶模态振型.     

基于小波理论的悬臂板压电动力控制模式

采用Daubechies小波理论的尺度函数变换，建立了由压电片感应器（sensors）的观测电量识别悬臂板结构变形的一一对应显式关系，从而克服了传统模态方法因逆矩阵求解在某些情形下得不到保证而导致观测失效的不足．随后基于小波尺度函数变换，对于悬臂板建立了具有位移与速度信号反馈的压电致动控制动力模式．由于小波尺度函数逼近具有自动滤除高频分量的能力，建立的控制模式将不会出现由观测溢出与控制溢出耦会造成的不稳定性．数值结果表明：控制方法在抑制外界干扰方面要快于传统方法．     

含压电片梁的静变形控制

首先借助阶梯函数，建立了含有任意分布的用作执行器的压电片的梁挠曲轴线方程。然后利用该方程，进行了梁的静变形控制的研究。最后结合实例，用“遗传＋配点”法对压电片的位置和尺寸进行了优化。结果表明，本文建立的挠曲方程形式简洁，求解简单：“遗传＋配点”法优化效果明显。     

压电智能环形板的主动控制

对在不同位置粘有任意多组压电传感器和压电执行器的轴对称弹性环形薄板的振动控制进行了研究．根据压电执行元件的等效作用量得到了压电智能环板的振动控制方程和传感方程,再利用分离变量法以及由传感器测得的电量和作用在执行器上电压之间的控制模式得到振动方程的全解．实行了对整体结构的主动控制．对不同的压电片布置进行了数值计算．结果表明：当离散分布压电元件布置越密,振动衰减的效果越佳     

智能复合材料结构振动控制力学模型

介绍了在航空，航天等高技术在领域中柔性结构振动衰减控制９０年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景，对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统人出了数学模型，导出了压电传感器／激振器的输出／输入方程，进行了最优控制算法数值仿真，结果表明，其控制效果是显著的。     

基于LQG最优控制法的压电智能结构独立模态空间控制

采用压电材料作为传感器和驱动器对智能结构振动主动控制进行研究,基于机电耦合的压电智能结构传感和驱动方程,将振动控制动力学方程变换到模态空间对方程进行解耦。通过计算结构最大应变,确定压电元件的最佳粘贴位置。考虑到系统过程噪声和量测噪声的影响,设计Kalman滤波器,采用基于线性二次型高斯(LQG)最优控制的独立模态空间控制方法对压电智能结构的振动进行控制。最后以压电智能悬臂梁为例进行控制仿真,验证了此方法的有效性。     

金属蜂窝夹层结构抗水下爆炸特性

金属蜂窝夹层结构是一种新型的舰船防护结构,在舰船防护领域具有广阔的应用前景,但目前缺乏对其在实际水下爆炸载荷作用下动态响应的研究。为研究金属蜂窝夹层结构在水下爆炸载荷作用下的动态响应及防护性能,设计并制备了背板加筋蜂窝夹层结构样件以及相应的浮箱,在大型露天水池中进行了水下实爆 实验;通过声固耦合算法对结构响应进行模拟,实验结果与模拟结果吻合良好,随后分析了蜂窝夹层板的变形过程及能量吸收特性,量化了载荷参数（冲击因子）及结构参数（前后面板厚度比和芯体相对密度）对结构动态响应的影响;最后,以蜂窝夹层板的面密度和后面板中心点最大变形的无量纲量为目标函数,使用NSGA-Ⅱ遗传算法对结构进行了多目标优化,得到对应的Pareto前沿。结果表明,随着冲击因子的增大,蜂窝夹层板整体变形显著增大,蜂窝芯体始终是主要的吸能构件,但其吸能占比逐渐降低;随着前后面板厚度比或芯体相对密度的增加,蜂窝夹层结构的最大变形呈现先降低后升高的趋势,同时呈现不同的变形模式,芯体相对密度对结构变形的影响更为显著;对蜂窝夹层结构开展多目标优化可有效降低结构的面密度及最大变形,优化结果可为蜂窝夹层结构的设计选型提供参考。     

Optimal control of stretching process of flexible solar arrays on spacecraft based on a hybrid optimization strategy

The optimal control of multibody spacecraft during the stretching process of solar arrays is investigated,and a hybrid optimization strategy based on Gauss pseudospectral method(GPM) and direct shooting method(DSM) is presented. First, the elastic deformation of flexible solar arrays was described approximately by the assumed mode method, and a dynamic model was established by the second Lagrangian equation. Then, the nonholonomic motion planning problem is transformed into a nonlinear programming problem by using GPM. By giving fewer LG points, initial values of the state variables and control variables were obtained. A serial optimization framework was adopted to obtain the approximate optimal solution from a feasible solution. Finally, the control variables were discretized at LG points, and the precise optimal control inputs were obtained by DSM. The optimal trajectory of the system can be obtained through numerical integration. Through numerical simulation, the stretching process of solar arrays is stable with no detours, and the control inputs match the various constraints of actual conditions.The results indicate that the method is effective with good robustness.     

Optimal bounded control for nonlinear stochastic smart structure systems based on extended Kalman filter

An optimal bounded control strategy for smart structure systems as controlled Hamiltonian systems with random excitations and noised observations is proposed. The basic dynamic equations for a smart structure system with smart sensors and actuators are firstly given. The nonlinear stochastic control system with noised observations is then obtained from the simplified smart structure system, and the system is expressed by generalized Hamiltonian equations with control, random excitation and dissipative forces. The optimal control problem for nonlinear stochastic systems with noised observations includes two parts: optimal state estimation and optimal response control based on estimated states, which are coupled each other. The probability density of optimally estimated systems has generally infinite dimensions based on the separation theorem. The proposed optimal control strategy gives an approximate separate solution. First, the optimally estimated system state is determined by the observations based on the extended Kalman filter, and the estimated nonlinear system with controls and stochastic excitations is obtained which has finite-dimensional probability density. Second, the dynamical programming equation for the estimated system is determined based on the stochastic dynamical programming principle. The control boundedness due to actuator saturation is considered, and the optimal bounded control law is obtained by the programming equation with the bounded control constraint. The optimal control depends on the estimated system state which is determined by noised observations. The proposed optimal bounded control strategy is finally applied to a single-degree-of-freedom nonlinear stochastic system with control and noised observation. The remarkable vibration control effectiveness is illustrated with numerical results. Thus the proposed optimal bounded control strategy is promising for application to nonlinear stochastic smart structure systems with noised observations.     

基于虚荷载变量的形状优化和灵敏度分析

基于选择施加在结构“控制点”上的虚荷载作为优化设计变量,针对一种新的承受约束的形状优化数值方法进行了研究。借助于节点位移与虚荷载之间的线性关系,提出了一种新的计算灵敏度系数的解析方法。利用节点移动速度域概念构造了优化新形状产生的计算公式,以结构中节点的最大应力最小化作为优化目标,通过控制网格结点的最大位移量,较好地解决了单元网格在形状优化中的扭曲问题。对三个不同的实例成功地完成了形状优化。     

表面纳米化吸能薄壁多胞结构的数值模拟与设计

采用局部表面纳米化技术和数值模拟方法,对金属薄壁多胞结构的吸能问题开展有限元数值分析和优化设计.结果 显示,局部表面纳米化布局可诱导结构的屈曲变形,并能大幅度提高结构的能量吸收.优化结果还发现,在多胞外壁呈交错矩形格状表面纳米化格局和内附加结构呈均布框架式矩形格状表面纳米化布局情况下,结构屈曲变形稳定且吸能效果最优.该研究为吸能结构的设计提供了依据.     

负梯度闭孔泡沫金属的力学性能分析

运用三维Voronoi技术生成闭孔梯度泡沫模型,结合有限元分析方法模拟负梯度闭孔泡沫金属在不同冲击速度下的力学行为。结果表明,随着冲击速度的提高,得到了与均匀泡沫一样的三种变形模式：准静态模式,过渡模式和冲击模式。通过对名义应力应变曲线和变形模式的研究,提出了一种新的定义局部密实化应变的方法,并研究了相对密度和密度梯度对它的影响。分别建立了相对密度和密度梯度与冲击速度的变形模式图。通过引入密实化因子,确定了三种变形模式对应的临界冲击速度。最后讨论了不同冲击速度下,密度梯度大小对泡沫材料能量吸收能力的影响。结果表明,在高速冲击的变形初期,密度梯度的绝对值越大,泡沫材料的能量吸收能力越强。     

Shape measurement and control of deployable membrane structures

The shape inaccuracies of inflatable antennas and the potential shape control of the surface of those structures are investigated. Surface shape inaccuracies are due to geometric nonlinear deformation. Correcting the shape of these inflatables focused on the integration of piezopolymer actuators on the membranes. The out-of-plane displacements of a membrane structure were assessed with the shadow moiré method. The experimentally measured shape of the structure confirmed the extent of deviation from the ideal optical surface, a paraboloid of revolution. Active control of the shape of the membrane was tested using a piezoelectric material, polyvinylidene fluoride (PVDF). The deformation caused by actuation of the membrane structure was evaluated using electronic speckle pattern interferometry. An analytical solution was developed to verify the extent of shape correction that can be achieved by embedded PVDF actuators. It was confirmed that micron-level shape corrections are possible for future space-based sensors that use inflatable antennae technology.     

可重构力学超材料的设计与波动特性研究

力学超材料中的弯曲梁双稳态结构由于其主动调控性强且调控精度高等优点近年来受到广泛关注. 文章利用中心受压弯曲梁的不稳定性设计了六角型双稳态结构, 首先建立了等效弯曲梁模型, 基于梁变形微分方程及能量最低原理探明了结构双稳态特性的产生基理, 之后利用有限元数值计算研究了结构几何参数对其整体力学性能的影响, 分别得到了具备自恢复及双稳态性能的结构几何参数范围, 绘制了几何参数与力学性能之间的相图. 同时, 可重构结构的可控变形能力有助于调整整体的色散特性, 利用数值仿真研究了具备双稳态特性的结构在拉伸和压缩两种构型下的色散关系, 对比分析了不同结构几何参数及构型转变对结构产生的带隙位置及范围的影响, 之后对由不同构型单胞组成的周期性结构进行了频响分析来验证带隙计算的准确性. 通过六角型可重构结构的力学特性、色散特性研究及频响分析表明可以通过结构几何参数的设计实现对结构整体性能的主动调控, 为可逆向设计的弹性波超材料结构研究分析提供了一条可靠路径.      

基于框-剪结构协同工作的抗振墙数量优化研究

针对当前抗震墙数量优化中多是定性分析的现状,根据框架-剪力墙结构整体受力特点,采用横向分类方法,将空间框-剪结构分解量化为榀结构形式。基于有限元思想及框剪结构空间协同分析的离散化原理建立了其力学分析模型及剪力墙优化模型,该力学分析模型能较好地反映结构整体工作性能的主要特征及考虑剪力墙剪切变形的影响,动力分析采用振型分解法计算地震作用,以遗传算法作为优化方法确定出了剪力墙的最优数量。计算结果表明该方法具有较高的精度,可为结构的设计提供参考。     

黏滞阻尼器在超高层结构体系中的效率研究

250m以上的超高层结构主要有框架-核心筒、框筒-核心筒和巨型框架-核心筒等三种结构体系．由于超高层结构的高宽比通常较大（5以上）,结构的侧向变形往往成为控制因素．随着消能减震技术的不断成熟,黏滞阻尼器越来越多的应用于建筑结构领域．本文分别将黏滞阻尼器均匀布置在上述三种超高层结构体系中,对比其消能减震效果并分析原因,最后建议了黏滞阻尼器在这些结构中的较优布置．