压电层合曲壳结构振动主动控制

摘要

曲壳结构是空间结构的常见形式，曲壳结构通常结构阻尼较小，在外激励下振动衰减缓慢，控制壳体结构的振动对其结构性能的提高非常重要。压电材料作为一种智能材料，以其独特的力电耦合性质在振动控制领域占有着一席之地，以压电材料作为作动器与传感器对曲壳结构进行振动控制一直是一个研究热点问题。本文以压电曲壳结构为研究对象，主要内容有:
　　本文为了减少弹性曲壳结构振动最优控制的计算量，一方面采用空间曲壳单元来模拟空间结构，减少结构自由度，另一方面把模态空间法和最优控制算法结合，降低控制算法的计算量。在此基础上，利用压电曲壳单元完成了结构振动最优控制。对上述理论和算法进行了程序实现，数值算例验证了本文方法的有效性。
　　以含有传感层与作动层的复合材料压电层合曲壳为研究对象，在空间曲壳单元的基础上，针对复合材料层合曲壳的受力特性，对其进行有限元建模，推导了相关有限元列式。并在数值算例中，与ANSYS计算结果进行了对比，验证了本文有限元模型的精确性。
　　基于压电层合曲壳的有限元模型，采用负速度反馈控制律，建立结构的振动控制方程，讨论负速度反馈对结构的影响。在模态空间状态中，同样对压电复合材料层合曲壳进行了振动最优控制求解，获得各单元电压轨迹线，实现对结构的振动最优控制。对上述理论和算法进行了程序实现，数值算例说明本文能够对压电层合曲壳结构的振动进行有效控制。
　　最后，在模态空间最优控制法对结构进行振动控制的基础上，建立振动控制的优化模型，并采用模拟退火算法进行了优化求解。在数值算例中，对压电层合板壳的压电作动器与传感器配置进行优化，说明了模型和方法的有效性。