板殼類結(jié)構(gòu)如今在土木工程、船舶工程、航空航天等工程領(lǐng)域中廣泛應用。大跨度建筑物樓蓋,飛機的艙壁、機翼,船舶導流管,衛(wèi)星的太陽帆板都可以歸為板殼結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)越來越追求高承載力和低質(zhì)量,因此都向著輕質(zhì)化,大型化和柔性化發(fā)展,所以此類結(jié)構(gòu)振動問題日益突出,若不對其振動進行控制,則會帶來結(jié)構(gòu)的破壞,影響使用壽命。而上述各類結(jié)構(gòu)的振動歸根到底都是板殼振動,為了解決這類問題,非常有必要對板殼這種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的振動進行控制研究。宏纖維復合材料（MFC）作為一種新型的智能材料,由壓電陶瓷纖維和環(huán)氧樹脂基復合而成。其質(zhì)輕,韌性好,驅(qū)動力大,可粘貼于曲面結(jié)構(gòu),是目前現(xiàn)有的壓電材料當中綜合性能最好的一種智能材料,非常適合用于板殼類結(jié)構(gòu)的振動控制。但目前國內(nèi)外對宏纖維復合材料的研究還很少,沒有一套成熟的理論來建立宏纖維復合結(jié)構(gòu)的振動控制模型。因此本文展開了對宏纖維復合結(jié)構(gòu)振動控制模型的研究,并在此基礎(chǔ)上提出利用宏纖維復合材料對板殼類結(jié)構(gòu)的振動進行主動控制。本文使用宏纖維復合材料作為驅(qū)動器,分別對一平板和弧殼的振動施加主動控制,進行了理論推導、數(shù)值仿真,并進行了實驗驗證。本文主要做了如下工作:（1）推導出了宏纖維復合結(jié)構(gòu)的力學模型公式,提出了一種將宏纖維復合材料作為荷載邊界條件的等效有限元建模法,并通過實驗驗證了其正確性。（2）運用Guyan縮聚法和范數(shù)降階法對平板和弧殼的有限元模型進行降階,并驗證了其有效性。（3）分別運用PID控制算法和模糊PID控制算法對平板和弧殼振動主動控制進行仿真分析。（4）完成了平板和弧殼結(jié)構(gòu)的振動主動控制實驗,驗證了宏纖維復合材料對板殼類結(jié)構(gòu)振動控制的有效性和可行性。

 

武漢理工大學湖北省211工程院校教育部直屬院校

 

【學位級別】：碩士

 

頁數(shù)：99

 

文章目錄

摘要

abstract

第1章 緒論

    1.1 課題研究的背景、目的和意義

    1.2 壓電智能材料的發(fā)展概況及宏纖維復合材料的介紹

        1.2.1 壓電智能材料發(fā)展概況

        1.2.2 宏纖維復合材料介紹

    1.3 基于壓電結(jié)構(gòu)力學模型和控制算法國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

        1.3.1 壓電結(jié)構(gòu)力學模型研究現(xiàn)狀

            1.3.1.1 解析法

            1.3.1.2 有限元法

        1.3.2 基于壓電材料的控制算法研究現(xiàn)狀

    1.4 研究內(nèi)容

第2章 宏纖維復合結(jié)構(gòu)等效建模法與力學模型研究

    2.1 引言

    2.2 基于ANSYS有限元軟件的等效建模方法

        2.2.1 等效建模方法

        2.2.2 ANSYS有限元軟件中結(jié)構(gòu)的有限元模型

    2.3 宏纖維復合結(jié)構(gòu)的力學模型

        2.3.1 P1型MFC壓電方程

        2.3.2 P1型MFC結(jié)構(gòu)的平面應力問題

        2.3.3 一維MFC壓電復合結(jié)構(gòu)的力學模型

        2.3.4 二維MFC壓電復合結(jié)構(gòu)的力學模型

    2.4 數(shù)值算例

        2.4.1 MFC作動力數(shù)值計算

        2.4.2 MFC梁仿真計算

    2.5 本章小結(jié)

第3章 板殼基本結(jié)構(gòu)有限元建模及模型降階

    3.1 引言

    3.2 板殼基本結(jié)構(gòu)ANSYS有限元仿真分析

        3.2.1 弧殼建模

        3.2.2 平板結(jié)構(gòu)建模

    3.3 利用Guyan減縮法縮減自由度

    3.4 利用H2范數(shù)降階

        3.4.1 模態(tài)坐標系轉(zhuǎn)換

        3.4.2 模態(tài)坐標系下的狀態(tài)空間表達式轉(zhuǎn)換

        3.4.3 H2范數(shù)降階

        3.4.4 降階前后的對比分析

    3.5 本章小結(jié)

第4章 MFC板殼復合結(jié)構(gòu)主動控制研究

    4.1 引言

    4.2 MFC板殼復合結(jié)構(gòu)主動控制模型

        4.2.1 平板主動控制模型

        4.2.2 弧殼主動控制模型

    4.3 板殼復合結(jié)構(gòu)振動控制算法與仿真

        4.3.1 PID控制算法

            4.3.1.1 PID控制狀態(tài)方程描述

            4.3.1.2 數(shù)值仿真與結(jié)果分析

        4.3.2 模糊PID控制算法

            4.3.2.1 模糊PID控制器設(shè)計

            4.3.2.2 數(shù)值仿真與結(jié)果分析

    4.4 本章小結(jié)

第5章 MFC板殼復合結(jié)構(gòu)振動控制實驗研究

    5.1 概述

    5.2 控制系統(tǒng)

    5.3 振動控制算法設(shè)計

        5.3.1 PID控制算法設(shè)計

        5.3.2 模糊PID控制算法設(shè)計

    5.4 試驗結(jié)果與仿真對比分析

        5.4.1 平板試驗結(jié)果

        5.4.2 弧形殼試驗結(jié)果

        5.4.3 試驗結(jié)果與仿真對比分析

    5.5 本章小結(jié)

第6章 總結(jié)與展望

    6.1 主要結(jié)論

    6.2 展望

參考文獻

作者攻讀碩士學位期間發(fā)表和完成的論文

作者攻讀碩士學位期間參與的科研項目

致謝

 

參考文獻

 

期刊論文

 

[1]淺談壓電材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 段利利,邢健.  山東工業(yè)技術(shù). 2015(22)

[2]發(fā)射主動段空間相機隔振技術(shù)研究[J]. 段鵬飛,雷文平.  航天器工程. 2014(04)

[3]智能材料研究進展[J]. 張新民.  玻璃鋼/復合材料. 2013(Z2)

[4]柔性板時滯魯棒控制的實驗研究[J]. 趙童,陳龍祥,蔡國平.  振動工程學報. 2012(03)

[5]基于趨近律離散滑�？刂频娜嵝粤赫駝右种芠J]. 占金青,胡俊峰,張憲民.  振動.測試與診斷. 2012(02)

[6]柔性智能結(jié)構(gòu)的振動主動控制仿真和實驗研究[J]. 黃良,吳大方,潘兵,牟朦,王岳武.  測控技術(shù). 2012(03)

[7]基于P ID控制方法的模糊變增益振動主動控制試驗研究[J]. 邵敏強,陳衛(wèi)東,徐慶華.  南京航空航天大學學報. 2012(01)

[8]壓電智能板振動主動控制有限元模擬[J]. 錢鋒,王建國,曲磊.  合肥工業(yè)大學學報(自然科學版). 2011(02)

[9]基于LaRC-MFC致動器的振動主動控制[J]. 盛賢君,王愛武,楊睿.  壓電與聲光. 2010(04)

[10]壓電錐殼結(jié)構(gòu)振動主動控制研究[J]. 王威遠,魏英杰,王聰,鄒振祝.  工程力學. 2008(10)

 

博士論文

 

[1]衛(wèi)星適配器結(jié)構(gòu)振動主被動控制方法研究[D]. 王威遠.哈爾濱工業(yè)大學 2008

 

碩士論文

 

[1]新型壓電摩擦阻尼器的有限元分析及試驗研究[D]. 張仁猛.西安建筑科技大學 2014

[2]基于壓電作動器MFC的柔性梁振動主動控制[D]. 范麗峰.大連理工大學 2014

[3]基于壓電材料的懸臂梁振動主動控制研究[D]. 鐘聲.大連理工大學 2014

[4]基于壓電智能復合材料的振動主動控制[D]. 高樂.哈爾濱工業(yè)大學 2012

[5]壓電智能懸臂梁的主動控制方法研究[D]. 任昊軼.大連理工大學 2012

[6]壓電智能結(jié)構(gòu)的有限元仿真與實驗研究[D]. 劉小順.大連理工大學 2010

[7]壓電纖維復合材料在船艦基本結(jié)構(gòu)振動主動控制上的應用[D]. 易果.哈爾濱工業(yè)大學 2010

[8]智能材料與工程結(jié)構(gòu)的動力分析[D]. 王子安.合肥工業(yè)大學 2010

[9]基于LaRC-MFC致動器的振動主動控制研究[D]. 王愛武.大連理工大學 2009

[10]智能結(jié)構(gòu)振動主動控制技術(shù)研究[D]. 劉宇清.南京航空航天大學 2009