【摘 要】
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在科学技术迅速发展的背景下,航空航天、船舶海洋、土木工程等领域都在探索轻质高强、减振降噪的材料或结构。夹层板壳结构是由两块表层和充填于表层之间的夹芯层共同组成的新型结构。适当地选取表层和夹芯层的材料,可以使夹层板壳结构具有众多优越的性能。例如,高强度的表层,能够降低结构的比重。高阻尼的夹芯层,能够起到抑制振动和噪声的作用。智能材料中的重要角色-压电材料,具有耐久性良好、环境适应性强等优势,已经成为
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在科学技术迅速发展的背景下,航空航天、船舶海洋、土木工程等领域都在探索轻质高强、减振降噪的材料或结构。夹层板壳结构是由两块表层和充填于表层之间的夹芯层共同组成的新型结构。适当地选取表层和夹芯层的材料,可以使夹层板壳结构具有众多优越的性能。例如,高强度的表层,能够降低结构的比重。高阻尼的夹芯层,能够起到抑制振动和噪声的作用。智能材料中的重要角色-压电材料,具有耐久性良好、环境适应性强等优势,已经成为研究热门。宏纤维复合材料（MFC）的柔韧性好、出力大,是一种新型高性能的压电智能材料,MFC主要由压电陶瓷纤维、环氧树脂基和叉指电极三个部分共同组成。它的逆压电效应可以用来制作作动器,正压电效应可以用来制作传感器。MFC适合应用于轻质结构,如应用于板壳类结构的主动振动控制中。本文主要研究内容和成果,分为以下几个部分:（1）以碳纤维作为表层材料、聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）泡沫作为夹芯层材料,设计并研制出未填充和填充PMI泡沫的夹层板壳结构。对夹层板壳结构进行有限元仿真分析,通过模态试验修正有限元仿真模型的精度,并以此求解夹层板壳结构的理论计算模型。（2）为了提高MFC作动器和压电加速度传感器的效率,运用可控/可观理论,引入采用锦标赛选择算子的遗传算法进行优化布置。针对夹层板壳结构自由度过高,不利于进行振动控制的问题。运用内平衡降阶方法对系统进行降阶处理,并将全阶模型和降阶模型进行对比分析,检验降阶模型的精度。（3）考虑MFC与被控结构之间的粘贴层对MFC作动性能的影响,推导MFC作动力公式,分析粘贴层、被控结构与MFC作动性能的关系。通过MFC复合梁结构进行数值仿真计算,将基于本文推导的、基于经典板理论（CPT）的MFC作动力公式的仿真结果和试验结果进行比较,验证本文推导的考虑粘贴层的MFC作动力公式的精确性。（4）以夹层板壳结构的降阶模型为基础,设计带有回路传输恢复的LQG/LTR控制器。运用加速度反馈形式,搭建主动振动控制仿真系统,探究LQG/LTR控制算法在夹层板壳结构振动控制中应用的可行性。通过控制仿真获得控制系统的控制力,并运用本文推导的考虑粘贴层的MFC作动力公式将其转换成MFC作动器的控制电压信号。（5）搭建基于dSPACE实时仿真系统的振动控制试验平台,将MFC应用于夹层板壳结构的噪声振动控制中,开展夹层板壳结构主动振动控制试验。通过比较未填充和填充PMI夹层板壳结构振动响应和控制效果,研究PMI泡沫夹芯层对夹层板壳结构振动特性的影响。通过嵌入式和外粘式MFC两种不同的集成方式,研究MFC作动行为在不同集成方式下的表现。研究表明,本文对夹层板壳结构噪声振动控制研究的方法可行。考虑MFC与被控结构的粘贴层推导的MFC作动力公式精确度高。将MFC应用于夹层板壳结构的振动控制领域是有效的。
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