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柔性板振动主动控制中压电元件的优化布置

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目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1研究背景

1.1.1概述

1.1.2主动振动控制

§1.2国内外研究概况

1.2.1作动器/传感器优化配置准则

1.2.2作动/传感器优化配置计算方法

1.2.3国内外学者研究情况

§1.3本文研究的主要内容

第二章压电传感器及作动器

§2.1压电材料及压电性

2.1.1概述

2.1.2压电效应

§2.2压电方程

2.2.1压电陶瓷的机械弹性

2.2.2压电陶瓷的电学性质

2.2.3压电方程

§2.3压电传感/作动材料PZT

§2.4本章小结

第三章压电智能结构的有限元建模与分析

§3.1含压电材料的结构系统建模

3.1.1解析建模

3.1.2有限元建模

3.1.3实验模型

§3.2压电有限元模型

3.2.1有限元单元类型

3.2.2四面体压电单元特性

3.2.3压电单元有限元模型

3.2.4实体单元有限元模型

3.2.5系统有限元模型

§3.3结构振动控制模型

§3.4实例分析

3.4.1 ANSYS简介

3.4.2粘贴有压电片结构的静力分析

3.4.3粘贴有压电片结构的动力分析

§3.5本章小结

第四章压电元件在柔性板上的优化布置

§4.1概述

§4.2压电元件的传感方程

4.2.1压电应变率传感器

4.2.2压电应变传感器

§4.3压电元件在柔性板上的优化布置

4.3.1 D-优化设计准则

4.3.2 Fisher信息矩阵

4.3.3 D-优化设计数学模型

4.3.4方法分析

§4.4实例分析

4.4.1悬臂梁上压电传感器/驱动器对的优化布置

4.4.2板上压电传感/驱动器对的优化布置

§4.5本章小结

第五章压电结构振动主动控制实验研究

§5.1振动控制理论

§5.2振动控制实验

5.2.1实验方案

5.2.2实验仪器及模型参数

5.2.3实验结果及分析

§5.3本章小结

第六章全文总结与展望

§6.1全文总结

§6.2本文研究工作的展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的主要论文

参考文献

附录振动主动控制实验程序

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摘要

在智能结构振动主动控制系统中,压电元件可以分别作为传感器和作动器,其在结构中的布置方式对振动控制性能影响很大,是振动主动控制系统设计的重要问题.该文研究柔性板振动控制中压电元件的位置优化设计问题,针对压电传感器和驱动器的同位布置结构型式,将压电元件的有限元分析方法与D优化设计准则相结合,直接利用结构的模态振型确定压电元件在柔性板上的最优位置.首先采用有限元方法对压电结构的机电耦合问题进行建模和分析,提取压电结构的待控模态振型;然后根据D优化设计准则,对压电片在柔性板结构上的最优布局原则进行简化.通过二阶中心差分运算将模态振型转化为模念应变,采用应变曲线拟合方法降低离散误差,进而将各阶待控模态应变进行叠加,获取系统整体特征应变分布情况;最后根据压电元件位置优化的简化目标函数,将压电片的最优位置确定为柔性板叠加模态应变的极值区域.在理论研究的基础上,该文还建立了柔性板结构的主动控制系统,采用优化方案布置压电传感和驱动元件,开展了振动主动控制的实验研究,验证了理论结果的正确性.该文提出的方法是对已有方法的改进.改进后的方法将结构数值分析方法与压电元件的优化配置问题相结合,更加具有可操作性.

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