压电智能结构的有限元建模与振动主动控制研究

摘要

智能结构具有动态或在线状态下的自检测、自诊断、自监控、自修复及自适应等多种功能.在近年来,智能结构的研究己引起世界各主要发达国家的极大重视.智能材料控制结构的振动已经被广泛应用到军事、机械、医学、民用产品上,尤其在航空航天工业中展示了广阔的前景.在该论文的开始,简要介绍了智能材料元件的种类和性质,并给出了压电材料的本构方程,然后根据Hamilton原理,采用任意等参四边形板梁弯曲单元,导出了智能板的静态、动态有限元方程.对于壳结构来说,将三维弹性方程简化成二维壳方程,建立了一种压电智能结构壳单元.最后进行了粘有压电材料的智能梁的振动控制实验研究.给出了智能结构振动控制系统组成,实现原理,对悬臂板加作动器及控制系统进行了实验研究,并与有限元计算结果进行比较,结果基本吻合.该文对智能梁的减振技术进行了较为系统的,但仍然是初步的研究.通过以上的分析研究表明,有限元建模既简单可行又便于分析计算,易于实现控制.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外智能结构研究现状

1.2.1智能结构的定义及其研究现状

1.2.2智能材料

1.3主要研究内容及创新点

1.3.1主要研究内容

1.3.2主要创新点

1.3.3不足之处及今后的努力方向

第二章压电板单元的有限元建模

2.1本构方程

2.1.1压电材料区

2.1.2弹性材料区

2.2有限单元离散化

2.2.1有限单元模型

2.3有限元方程的建立

2.4算例

2.4.1压电双晶片梁

2.4.2压电悬臂板

2.5小结

第三章退化壳单元的有限元建模

3.1引言

3.2壳元的坐标和几何形状描述

3.3位移函数

3.4 Jacobi矩阵

3.5应变位移关系

3.5应力应变关系

3.6电动势函数

3.7有限元方程形成

3.8数值算例

3.8.1压电双晶片梁

3.8.2压电悬臂板

第四章控制方法与仿真

4.1振动主动控制技术

4.2基于MATLAB的振动主动控制仿真

4.2.1引言

4.2.2控制系统计算机辅助设计

4.2.3 MATLAB振动主动控制集成环境

4.3基于经典控制理论的PID控制

4.3.1 PID控制原理

4.3.2 PID控制算法

4.3.3用PID算法实现振动控制仿真实验

4.4基于现代控制理论的LQR控制

4.4.1力学模型与状态空间

4.4.2主动控制率设计

4.4.3 SIMULINK环境下LQR控制仿真

4.5小结

第五章压电智能板振动控制实验研究

5.1引言

5.1.1压电贴片方式

5.1.2压电贴片最优布局

5.2模型有限元分析

5.3控制试验设计

5.4控制试验

5.5振动控制实验结果分析

5.5.1 PID

5.5.2 LQR

5.6后续实验

第六章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文