开口柱壳的振动分析及主动减振控制问题研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:coffeedoly
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薄壁开口柱壳结构被广泛应用于航空航天、汽车、铁道车辆、船舶、潜艇等工业领域,由于其较薄的壁厚,在受到外界载荷后常会出现壁板颤振,容易导致结构出现较为严重的振动和噪声问题,为了有效减小壁板的振动,本文针对薄壁开口柱壳结构,采用局部敷设主动约束阻尼(Active Constrained Layer Damping,ACLD)的减振方式,建立了局部敷设ACLD开口柱壳的动力学模型,分析了主动约束阻尼结构参数对响应特性的影响,并对主动约束阻尼结构进行了多目标优化,提出一种针对主动约束阻尼开口柱壳的自适应减振控制方法。论文主要工作内容如下:(1)利用Lagrange方程和Sanders壳体理论,建立了局部敷设ACLD开口柱壳结构的动力学方程,研究了ACLD结构参数对振动响应的影响,其中,改变压电约束层与阻尼层厚度、阻尼层分段数、阻尼单元占空比、约束层敷设角等参数对局部主动约束阻尼开口柱壳的前三阶模态固有频率及损耗因子具有显著作用;比较了在不同基壳长度l,半径R和开口角度α的情况下,局部敷设主动约束阻尼减振方法的有效性,为开口柱壳的减振降噪提供了参考。(2)为了提升局部主动约束阻尼减振的高效性,利用带精英策略的非支配排序的遗传算法(Fast Elitist Non-dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ),以前三阶损耗因子最大和结构质量比最小为优化目标,以影响振动特性的主要ACLD结构参数为设计变量,对特定结构局部ACLD开口柱壳进行了优化及仿真,分析结果表明,NSGA-Ⅱ降低了计算的复杂度,优化后结构在引入较小约束阻尼结构的条件下使得前三阶频域振幅明显减小,有效提高结构的振动抑制效果。(3)根据局部ACLD开口柱壳优化结果,设计了基于LMS算法的自适应前馈控制方法,对局部敷设ACLD开口柱壳进行主动振动控制。分析了不同控制电压下结构的损耗因子和模态频率变化特性,比较了不同采样时间、初始权重因子和滤波器阶数对系统减振控制效果的影响,分析结果表明,选择适当的采样时间、初始权重因子和滤波器阶数,基于LMS算法的自适应前馈控制器可以有效对开口柱壳结构振动进行控制。
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