宏纤维复合结构的力学模型及对板壳结构振动的主动控制

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板壳类结构如今在土木工程、船舶工程、航空航天等工程领域中广泛应用。大跨度建筑物楼盖,飞机的舱壁、机翼,船舶导流管,卫星的太阳帆板都可以归为板壳结构。这些结构越来越追求高承载力和低质量,因此都向着轻质化,大型化和柔性化发展,所以此类结构振动问题日益突出,若不对其振动进行控制,则会带来结构的破坏,影响使用寿命。而上述各类结构的振动归根到底都是板壳振动,为了解决这类问题,非常有必要对板壳这种基础结构的振动进行控制研究。宏纤维复合材料(MFC)作为一种新型的智能材料,由压电陶瓷纤维和环氧树脂基复合而成。其质轻,韧性好,驱动力大,可粘贴于曲面结构,是目前现有的压电材料当中综合性能最好的一种智能材料,非常适合用于板壳类结构的振动控制。但目前国内外对宏纤维复合材料的研究还很少,没有一套成熟的理论来建立宏纤维复合结构的振动控制模型。因此本文展开了对宏纤维复合结构振动控制模型的研究,并在此基础上提出利用宏纤维复合材料对板壳类结构的振动进行主动控制。本文使用宏纤维复合材料作为驱动器,分别对一平板和弧壳的振动施加主动控制,进行了理论推导、数值仿真,并进行了实验验证。本文主要做了如下工作:(1)推导出了宏纤维复合结构的力学模型公式,提出了一种将宏纤维复合材料作为荷载边界条件的等效有限元建模法,并通过实验验证了其正确性。(2)运用Guyan缩聚法和范数降阶法对平板和弧壳的有限元模型进行降阶,并验证了其有效性。(3)分别运用PID控制算法和模糊PID控制算法对平板和弧壳振动主动控制进行仿真分析。(4)完成了平板和弧壳结构的振动主动控制实验,验证了宏纤维复合材料对板壳类结构振动控制的有效性和可行性。
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