压电作动器对热变形层合板形状修复研究

基于一阶剪切效应Mindlin板理论,建立了在热载下含分布式压电作动器的复合材料层合板有限元分析模型和控制方程,分别研究了该板在内外表面存在温差的情况下的热变形,以及使用压电作动器对热变形区域进行形状修复的问题;在分析中考虑了压电作动器与复合材料层合板间含有胶接层的影响。由典型算例结果讨论,得到如下结论:1)使用压电作动器可以有效地对复合材料层合板的表面热变形形状进行修复;2)压电作动器的分布位置对修复效果影响很大;3)在电压达到一定数值后,继续增加电压值对修复效果贡献很小。     

有源控制解耦中压电作动器位置优化

研究基于声辐射模态理论进行有源控制解耦中压电作动器的位置优化问题。以往的研究得出：只要四组作动器满足某种对称形式布置,就可以实现声辐射模态的有源控制解耦,但是满足对称性布置的四组作动器位置有无数个。在主动控制中,压电作动器的位置如何布置一直是个难题。论文以输入控制功率最小化为目标,对四组压电作动器的位置进行了优化。     

压电智能桁架作动器的数目和位置的优化配置

由于离散型智能桁架结构的固有特性和作动器的优化配置是高度耦合的,即结构的固有特性影响着作动器的优化配置,相应地,作动器配置的数目和位置反过来影响结构的固有特性,很难预先给定一个作动器数目的确定准则.利用优化的方法来讨论压电类结构中作动器数目和位置的优化配置是一种较好的选择.基于结构耦合模态的最优控制,建立了考虑作动器数目和位置优化配置以及控制器参数的优化模型.针对设计变量,提出了一种基于遗传算法的优化策略.数值算例的结果表明,采用优化的方法来确定作动器的优化配置是可行的、有效的.     

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。     

基于不同压电材料作动机制的压电层厚度研究

研究了压电材料复合板的3种作动机制,弯曲作动机制、剪切作动机制、混合作动机制,针对粘贴在纤维板上不同厚度的压电作动层,具体分析了复合板的端部位移,研究结果对噪声和振动的主动控制中的模态控制和智能结构静态形状控制提供了一定的参考。     

并置压电传感／作动器的最优配置及反馈增益研究

提出了一种改进的模拟退火算法,对应用离散分布压电智能传感/作动器进行柔性结构振动控制的一体化全局最优配置问题作了研究。首先,给出了压电陶瓷作动器对结构产生激励的频响函数;其次,对并置的直接速度反馈控制方法,以主动控制后系统所贮存的总能量为目标函数,对压电陶瓷作动器的安放位置及反馈增益,以改进的模拟退火算法进行优化,可方便地获得全局最优解;最后以悬臂梁为例,分别给出了单点并置问题和多点并置问题的最优配置,验证了该方法的有效性。     

振动控制中压电作动器非线性的补偿方法研究

在周期振动的自适应控制中,压电作动器的非线性特性会产生高次谐波,激发高阶模态振动。为抑制压电作动器的高次谐波激励,同时结合自适应振动控制的特点,提出一种新的作动器非线性补偿方法。该方法将作动器的非线性与结构的动态特性部分融合,用正交多项式从输入输出信号中拟合静态非线性及其逆变换,计算过程简单,数值稳定性高。在控制通道中,通过逆变换对控制信号进行预处理,使得补偿后的输入输出具有线性系统的特征,而输入输出之间的相位差完全由自适应算法进行补偿。实验结果表明,所给出的补偿方法能够抑制高次谐波,并改善了振动控制效果。     

柔性板压电作动器的优化位置与主动控制实验研究

对柔性悬臂板主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中作动器采用压电形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian优化配置准则。仿真和实验结果显示,粒子群优化算法能够有效地对作动器的优化位置进行计算,尤其适用于多个作动器的位置优化问题,基于作动器最优位置的控制设计能够取得良好的控制效果。     

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。     

考虑外部阻抗的压电叠层作动器机电耦合模型

压电叠层作动器在结构振动控制及其它场合表现出良好应用前景,建立能够反映其物理本质的数学模型非常重要。以压电材料的本构关系以及杆的纵向振动方程为基础,考虑外部阻抗的影响,推导了短路机械阻抗、电阻抗以及转换系数的表达式,并构造了转换方程,从而建立了能够描述压电叠层作动器与主体结构之间机电耦合特性的阻抗模型。理论分析和数值模拟结果表明外部阻抗对这些参数有重要影响：当两端的外部阻抗完全相同时,作动器的电阻抗和转换系数有最高的共振频率,作动器可看成两个具有固定-自由边界条件的作动器的串联。其它情况下则均有不同程度的降低。因此,为实现更好的控制效果需要考虑阻抗匹配问题。     

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。     

压电复合材料层合板的热压电弹性简化模型研究

为有效分析压电复合材料层合板在热、电和载荷下的单向耦合热电弹性问题,基于变分渐近方法(VAM)建立热电弹性简化模型。首先根据虚功原理推导三维压电复合板总势能泛函。然后基于变分渐近法,利用板固有的小参数将三维总势能泛函渐近扩展为系列二维泛函,同时将近似泛函转换为Reissner形式以便实际工程应用。最后建立三维场重构关系以正确预测沿厚度方向的应力分布。计算结果显示:基于该模型重构的沿厚度方向横向剪切应力较古典层合理论和一阶剪切变形理论精确度更好,与三维有限元精确解相一致,表明该模型在压电复合材料层合板应力预测上的有效性。     

利用厚度剪切压电效应的自适应压电复合材料夹芯结构的研究

提出了利用厚度剪切压电效应的压电复合材料(PCM TS) 作为夹芯结构芯材的新型驱动方式, 分析了PCM TS 的驱动原理。针对含有1-3 型PCM TS 芯材的夹芯梁结构, 实验研究了PCM TS 在静电场作用下的驱动特性, 并利用PCM TS 芯材对夹芯梁的振动进行了主动控制实验。结果表明, 利用PCM TS 作为驱动元件, 夹芯梁获得了比较理想的变形量, 其振动也能得到较为有效的控制, 因此是一种很有应用前途的驱动方式。      

复合材料层合板开口翻边补强试验和数值研究

对复合材料开口补强层合板进行压缩试验研究。对复合材料开口非补强和开口补强层合板建立有限元模型,采用三维8节点厚壳单元 ( S8R),分别利用非线性分析和线性分析方法对复合材料的应力-应变响应进行模拟。通过试验数据与数值结果对比发现,几何非线性分析方法较线弹性分析方法能更好地符合试验结果。通过编制材料子程序 (UMAT) 来预测材料的损伤萌生和扩展,预测的应力-应变响应、损伤扩展、失效强度基本与试验结果一致。      

水环境对热塑性复合材料层合板分层疲劳裂纹扩展的影响

本文研究了水环境对ICIAPC-2热塑性预浸料(AS4/PEEK)制成的单向复合材料层合板分层疲劳裂纹扩展的影响.用双悬臂梁试件进行了I型张开位移加载试验.试验环境为23℃水中和50℃水中.水环境未引起很大的不利影响.用电子显微镜和机理分析讨论了水环境对CF/PEEK和CF/环氧两种层合板的差异.     

厚度对缝纫层合板力学性能的影响

比较了缝纫、无缝纫层合板力学性能差异,同时考虑了缝纫引起的厚度变化。通过拉伸、压缩试验研究了缝纫对层合板及含孔板的拉伸、压缩强度和破坏机理的影响。研究结果表明,缝纫带来的厚度变化影响了面内纤维体积含量,这对评定缝纫层合板力学性能至关重要。      

缝合参数对复合材料板面内刚度和强度影响研究

通过数值计算和对37组18个试件的实验测试与分析,研究了四种缝合参数对缝合复合材料板面内刚度和强度的影响.结果表明:1) 缝合密度越大,缝合所产生的损伤就越大,对面内刚度的影响也就越大.几种常用缝合密度下的面内刚度差最大为纵向6%,横向11%,剪切9%;2) 缝合密度和缝合工艺水平对面内拉伸强度和剪切强度有很大影响,缝合引起的拉伸强度和剪切强度降低分别达14%和17%,而对面内压缩强度的影响很小,最大强度降不到4%.3) 当缝线方向与测试方向垂直时,可以得到较高的面内刚度值和较低的面内强度值.反之,当缝线方向与测试方向平行时,可以得到较低的面内刚度值和较高的面内强度值.最大变化幅值分别为21%和18%.     

水环境对热塑性复合材料层合板分层疲劳裂纹扩展的影响

本文研究了水环境对ICIAPC-2热塑性预浸料(AS4/PEEK)制成的单向复合材料层合板分层疲劳裂纹扩展的影响.用双悬臂梁试件进行了I型张开位移加载试验.试验环境为23℃水中和50℃水中.水环境未引起很大的不利影响.用电子显微镜和机理分析讨论了水环境对CF/PEEK和CF/环氧两种层合板的差异.      

压电智能结构振动主动控制传感器/驱动器的位置优化设计

应用ANSYS软件对压电智能结构建模,并计算其模态圆频率。采用D优化设计准则,并对该准则进行简化,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,仅用结构模态振型就可确定压电元件的最优位置,有效的避免了布置的随机性。考虑到粘贴压电元件对主体结构动力学特性的影响,该文采用线性二次型高斯(LQG)最优控制方法,设计Kalman滤波器,对模型过程噪声和量测噪声进行过滤。最后,该文以压电智能悬臂梁为例给出了系统的阶跃响应曲线,验证了此方法的有效性。     

复合材料夹层板成形性的研究

本文通过弯曲实验对复合材料夹层板的成形性进行了研究。研究表明,和单层金属板相比,夹层板的成形有其特殊规律,胶膜和润滑条件对其成形有较大影响,在弯曲过程中往往会发生反向弯曲,工艺条件的改进可消除这种反向弯曲。