基于主、被动混合模式的柔性薄板振动抑制的策略研究

来源 :安徽工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qiuyu19900318
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薄板结构因其结构简单、重量轻等特点被广泛应用在各种领域中。薄板结构自身具有较高柔性,在实际工程应用中易产生较大振动,进而导致工作精度减低或疲劳损失等不良影响。采用各类主动或被动方式的抑振装置可以有效解决上述问题。本课题拟采用基于压电陶瓷和阻尼片的主、被动混合抑制策略的控制器,实现对薄板结构振动的有效控制。本课题首先基于基尔霍夫薄板理论建立薄板结构对应的简化结构——矩形板的理论模型,并推导出其动力学方程,对其进行模态分析,分析比较其各阶谐振频率和对应模态振动的变化规律和特点。根据上述矩形板的理论模型,设计一种基于压电陶瓷片和阻尼片的主、被动混合控制器。基于压电效应、材料力学和振动力学理论,利用瑞利-利兹法建立上述混合控制器的理论模型,并分析其动力学特性和性能。基于商用有限元软件COMSOL Multiphysics软件分别对主动模式、被动模式和主、被动模式三种情况下抑振器进行动力学性能的数值仿真分析。基于仿真结果,对上述三种结构形式的抑振器的主、被动控制元件的数量和位置分布进行优化设计和配置。在矩形板结构应变较大位置和振源附近位置布置阻尼片和压电片,可以取得较好的抑振效果。搭建实验测试平台,对上述设计的三种抑制器方法分别进行抑振效果的实验研究。通过仿真和实验得到的数据可知,三种抑振方案均对矩形板的振动有良好的抑制作用,纯主动控制方案[1]对矩形板前三阶振动的抑制率分别为45.08%,36.22%和12.56%,纯被动控制方案1对矩形板前三阶振动的抑振率分别可以达到37.195%,40.88%和11.395%,主、被动混合控制方案2对矩形板前三阶振动的抑振率分别可以达到74.43%,67.68%和24.395%,显然主、被动混合控制方案有更好的抑振效果。本课题的研究为解决薄板的抑振问题提供了一定的思路。
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