基于同步开关阻尼技术的流致振动半主动控制

摘要

随着国家航空事业以及土木工程建设的大力发展，由流体引起的结构振动（流致振动）问题日益受到重视。压电材料因其良好的机电耦合特性和频响特性，已被广泛应用于由固体激励源或者声激励所引起的结构的振动和噪声的控制中。而基于压电元件的同步开关阻尼（SSD:Synchronized Switch Damping）半主动控制方法因其能耗小、无需对结构进行精确建模以及控制效果稳定等优点，在航空航天领域日益受到重视。本文将同步开关阻尼半主动控制方法引入到流致振动这一领域，研究该方法对流致振动问题的控制效果。实验表明，该方法能够对流致振动问题进行有效的控制。
　　本研究主要针对流致振动中两种最常见的现象进行控制研究，他们分别是涡致振动和气动失稳。文章首先探讨了两种现象的产生机制，并分别对这两种现象进行了建模分析，为后续实验模型的设计提供了理论依据。
　　其次，本文对涡致振动进行了控制研究，实验采用了基于外加电压源的同步开关阻尼（SSDV:SSD based on voltage source）技术，对涡致振动引起的共振进行了有效控制；之后改进了传统的SSDV控制方法，对由风速变化所引起的不稳定涡致振动进行了有效控制。
　　最后，本文对气动失稳进行了控制研究，采用SSDV控制方法抑制了结构在临界状态下的大幅振动。之后又采用改进后的SSDV控制方法，成功的提高了结构的临界风速，达到了预期的目的。
　　本研究扩展了同步开关阻尼（SSD）半主动控制方法的应用领域，也为流致振动问题的研究和控制提供了新的方法和思路。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 流致振动的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第二章 流致振动的结构模型和参数计算

2.1 引言

2.2 涡致振动模型

2.3 气动失稳模型

2.4 本章小结

第三章 压电智能结构的建模与分析

3.1 引言

3.2 压电材料的工作原理

3.3 压电梁的振动分析

3.4 本章小结

第四章 同步开关阻尼半主动控制方法

4.1 引言

4.2 单自由度压电智能结构模型

4.3 SSD控制方法介绍

4.4 SSD开关切换信号

4.5 本章小结

第五章 流致振动的半主动控制实验

5.1 引言

5.2 实验系统搭建

5.3 涡致振动的SSDV半主动控制实验

5.4 气动失稳的SSDV半主动控制实验

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文