輕質點陣夾芯結構主被動一體化振動控制研究

《輕質點陣夾芯結構主被動一體化振動控制研究》是依託北京工業大學，由李鳳明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：輕質點陣夾芯結構主被動一體化振動控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李鳳明
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

本項目將基於波帶隙機理、並採用壓電材料對輕質點陣夾芯結構的主被動一體化振動控制進行系統的理論和實驗研究，力爭探索出一套適用於點陣夾芯結構的主被動一體化振動控制新方法。建立二維和三維輕質點陣夾芯結構聲子晶體分析新模型，計算其能帶結構，確定頻率通帶和禁帶，計算振動和波的透射率和吸收率，分析結構的隔振和隔聲性能；建立含有壓電材料智慧型感測器和驅動器的點陣夾芯結構多場耦合動力學模型，將基於波帶隙機理的被動振動控制和基於壓電材料的主動振動控制方法相結合，進行主被動一體化振動控制研究，給出理論分析和數值計算結果；在此基礎上研製二維和三維點陣夾芯結構，利用振動測試技術對上述問題進行相應的振動控制實驗研究，驗證理論分析和數值計算結果。研究成果可望為輕質點陣夾芯結構的振動控制和動力學最佳化設計等問題提供新的方法和思路，對促進波帶隙理論在結構振動和噪聲控制中的套用具有重要意義。

結題摘要

以點陣夾芯結構為研究背景，基於周期結構的振動帶隙機理，採用壓電材料對點陣夾芯結構的振動控制問題進行了系統研究。主要研究內容和研究成果包括：(1) 研究了二維周期點陣結構和周期平板結構的振動帶隙和隔振機理。採用譜元法建立了周期點陣結構和周期平板結構的動力學方程，構造這兩種周期結構基本單元的譜方程，進而組裝整體結構的動力學方程，在頻域下求解整體結構的動力學方程，獲得結構的頻響曲線。通過分析頻響曲線，揭示了周期結構的振動帶隙和隔振機理，研究振動和波的傳播規律。(2) 研究了三維波紋夾芯板周期結構和三維Kagome點陣周期結構的振動和波傳播規律，分析其振動帶隙特性。採用譜元法建立周期結構的平板單元和桿件單元的譜方程，組裝每個子結構的譜剛度矩陣，進而建立整體波紋夾芯板和Kagome點陣結構的動力學模型，計算結構的頻響曲線，分析結構的振動帶隙特性。研究發現，譜元法可以有效地用於研究複雜周期結構的振動帶隙規律，尤其在高頻區域可以獲得準確的計算結果。分析了材料性質、結構阻尼、結構構型等參數對周期結構振動頻帶的影響規律。(3) 研究了複合材料層合板殼結構的非線性振動和顫振主動控制。採用von Karman大變形理論模擬幾何大變形，採用超聲速活塞理論模擬非定常氣動力，採用Hamilton原理和假設模態法建立複合材料層合板殼的運動方程。提出一種處理非線性顫振控制的方法，即採用離散的LQG控制算法求解非線性控制方程。分析熱效應、鋪設角、氣動壓力和非線性效應對結構氣動彈性穩定性的影響，分析不同控制方法對結構氣動熱彈性顫振的控制效果。(4) 研究了三維金字塔點陣夾芯梁結構的振動和顫振主動控制。考慮了夾芯層芯子的剪下變形，剪下變形利用Reddy剪下變形理論模擬。壓電材料貼上在夾芯梁的上下表面作為作動器和感測器，採用Hamilton原理和假設模態法建立點陣夾芯結構多場耦合動力學模型，採用速度反饋、LQR和H∞控制算法等設計控制器。對比了點陣夾芯梁與普通複合材料層合梁的振動特性，分析了點陣夾芯結構在動力學方面的優越性。分析了不同控制方法對點陣夾芯結構振動主動控制效果的影響，研究發現魯棒控制器的控制效果更好。研究成果可望為輕質點陣夾芯結構的振動控制和動力學最佳化設計等問題提供新的方法和思路，對促進振動帶隙機理在結構振動和噪聲控制中的套用具有重要意義。