面向驱动格尼襟翼应用的压电悬臂梁位移分析

为了设计格尼襟翼的驱动机构,本文对压电悬臂梁自由端的位移及其影响参数进行了研究。采用EulerBernoulli悬臂梁模型给出了压电悬臂梁自由端的位移表达式,并采用有限元法研究了压电悬臂梁的基体厚度和压电片的布置位置等参数对悬臂梁自由端位移的影响。通过两种方法分析了压电悬臂梁自由端的位移变形,研究结果表明,通过解析法和有限元法分别计算得出的压电悬臂梁自由端的位移最大误差不超过3.6%。在其他条件一定的情况下,减小基体厚度、将压电片布置于悬臂梁根部以及选择合适的压电材料能够使自由端获得相对较大的位移。由于压电悬臂梁的位移不能满足格尼襟翼的驱动要求,需采用放大机构进一步放大自由端位移。     

带压电层功能梯度复合材料混合层合板的自由振动和动力响应

基于Reddy高阶剪切变形理论和广义Krmn型方程,用双重Fourier级数展开法求得了四边简支带压电层功能梯度复合材料混合层合板的自由振动及动力响应的解析解,分析中考虑了组分材料热物参数对温度变化的依赖性,讨论了材料组分指数、温度变化和控制电压对固有频率及动力响应的影响。     

粘弹性阻尼夹层梁的振动分析

本文采用横截面位移的几何相似假设,建立更为一般的粘弹性阻尼夹层梁的振动方程.同时给出相应的自然边界条件,然后简化到DTMM方程。基于粘弹性材料本构关系的微分算子描述,时域形式的振动方程在概念上更为清晰、严格。从时频转换角度来看,剪切参量不再存在依赖频率含糊的问题.文中还讨论了几何、物理参量对阻尼频率及损耗因子的影响,并推导出阻尼梁强迫振动稳态响应的正交模态解,指出阻尼结构的自感应现象。     

双程机电耦合效应对压电层合板机电响应的影响

基于一阶剪切变形理论和压电方程，推导了压电层舍板本构方程，得到一个双程压电-机械耦合的有限元模型，它可以对具有任意分布的表面粘贴式或嵌入式压电传感器和驱动器的复合材料层合板的机电响应进行分析。所得算例的计算结果与文献中的实验结果或ANSYS分析结果非常吻合，也显示了在压电传感器有信号输出时，单程压电-机械耦合的有限元模型所存在的误差。     

多层频率选择表面的分析

本文科用矩量法和广义散射矩阵理论分析了平面波入射到多层频率选择表面的电磁散射特性。首先引入广义波导的概念,将单层频率选择表面(FSS)上每个单元看成两个广义波导的接头,广义波导中的本征模是周期性结构中的Floquet模,然后根据等效原理和边界面上切向场量的连续性条件得到了一个关于广义波导中模式系数的方程,用矩量法求解可得波导接头的广义散射参量。最后运用广义散射矩阵理论计算了多层FSS总的散射参量。作为示例,文中对由矩形与圆形孔阵所组成的单层FSS和双层矩形孔阵FSS的散射特性作了计算,数值结果与已有文献中给出的数据极为一致。     

开口薄壁杆的约束扭转振动

建立开口薄壁杆约束扭转自由振动和强迫振动的微分方程并求得其通解，给出主振函数的表达式及常见支承条件下杆的频率方程，用广义函数讨论杆在不同形式载荷作用下的强迫振动响应。     

非线性粘弹性结构鸟撞击动响应分析

着重探讨飞机风挡材料的本构关系对其动响应的影响，采用线弹性，线性粘弹性及非线性粘弹性本构关系，用解耦算法计算分析在冲击载荷作用下风挡的动响应，通过对比各种本构关系对风挡动响应的影响，得出在大冲击载荷作用时，只有采用非线性粘弹性的本构关系，数值结果才较为理想。     

横观各向同性压电矩形薄板的非线性振动

由于压电材料在航空航天轻形结构动力控制中的广泛应用，压电结构的非线性机理成为工程界急需解决的问题。为了拓广压电结构的理论基础，本文对于横观各向同性压电矩形薄板，给出了大挠度条件下的应变位移关系，利用Hamilton原理导出了压电矩形簿板的非线性振动方程，并用双重Fourier级数展开和Galerkin方法获得四边简支压电矩开薄板非线性自由振动的解析解，分析了材料参数和几何参数对振动特性的影响。     

在主减速器斜撑杆上安装压电叠层作动器的直升机主动隔振

采用安装在主减斜撑杆上的压电叠层作动器建立了直升机主动隔振系统。基于压电材料本构关系推导了压电叠层作动器的驱动方程,建立了压电叠层作动器驱动的主减主动隔振系统动力学模型。采用了自适应滤波控制方法,通过最小均方算法实现了自适应控制。直升机主动隔振仿真实验表明了该系统具有高效的隔振效果。     

用能量法研究玻璃幕墙面板的非线性弯曲

由于玻璃面板是典型的双模量材料板,所以应该采用双模量弹性理论研究玻璃面板在侧向力作用下的大位移问题。玻璃面板在侧向力作用下发生变形时,会形成各向同性的拉伸区和压缩区。因此,可把玻璃面板看成两种各向同性材料组成的层合板,采用双模量弹性理论建立了玻璃面板在侧向力作用下的静力平衡方程,利用静力平衡方程确定了玻璃面板的中性面位置。在此基础上,采用能量法研究了玻璃面板在侧向力作用下大位移问题,把能量法的计算结果与有限元计算结果进行了比较,验证了能量法的计算结果是可靠的。算例分析表明,玻璃面板拉压弹性模量相差较大,其挠度计算不宜采用相同弹性模量经典弹性理论,而应该采用双模量弹性理论。     

斜直井中钻柱非线性屈曲的有限元分析

建立了直井中钻柱屈曲的平衡方程及对应的泛函表达式，并首次采用有限元法对斜直井中钻柱屈曲的整个过程进行了分析。力学模型中考虑了重力、井斜角和扭矩对屈曲的影响，并将计算结果与前人的结论作了比较。分析结果表明：发生屈曲的是钻柱轴向载荷较大的下部，这部分的井壁约束力、钻柱弯矩、位移和位移的一阶导数呈周期性变化，载荷增大时钻柱屈曲从钻头处向钻柱上部扩展；钻柱上部不屈曲，井壁约束力随载荷增大而增大，弯矩为零。井斜角增大时，钻柱下部的屈曲段长度和屈曲位移的幅值逐渐减小。井壁法向约束力在上部未屈曲段的常值逐渐增大，在屈曲段幅值逐渐减小。钻柱弯矩在未屈曲段为零，在下部屈曲段幅值减小。扭矩增大使屈曲位移增大，但增幅很小。     

基于电饱和模型的裂纹端部应力场分析

在非线性电弹性理论构架内，采用电饱和条带模型和复变函数方法，探讨了远场均匀载荷作用下无限大压电介质中裂尖附近的应力场，主要关注裂尖附近的应力场。所得解表明，裂尖附近任意一点处的各规格化应力分量均仅由这一点的角度决定，而与该点到坐标原点的距离无关。最后，基于PZT-5H的数值结果对其裂尖附近各面内的应力分量进行了分析，与相关研究结果比较，本文方法得到的解是有效的。     

Simulation Analysis and Experiment on Piezoelectric Cantilever Vibrator

Piezoelectric cantilever bimorph vibrator is the core component of piezoelectric inertial actuators.Piezoelectric cantilever bimorph vibrator with lumped mass at the end is studied,and a dynamic model is constructed by the proposed method of transforming symmetric electrical signal excitation to equivalent harmonic force excitation.Combining the theory and test,the single-degree-of-freedom damp vibration system consisting of the vibrator is analyzed and the full response is provided.Dynamical system modeling and simulation are conducted by software Matlab/Simulink.The output response of deflection,velocity,acceleration,driving force are solved using the input signal of equivalent harmonic force.Based on the data of theory,simulation and experiments,the deflection of vibrator is analyzed and compared under the excitation of sine wave signal.Result shows that the dynamic deflection results of vibrator from theory,simulation and experiments agree well with each other.The proposed modeling and analysis approaches of the single-degree-of-freedom damp vibration system consisting of the vibrator,have some reference significance for further research of piezoelectric inertial actuators.     

Countermeasure Against Regenerative and Forced Chatter of Flexible Workpieces in Milling Processs Using Bi-directional Excitation

A novel extended methodology for chatter suppression in milling process by applying external forced vibrations to the workpiece in two orthogonal directions which are the feed and cross-feed directions.Both the regenerative and forced chatter suppression during the milling process of flexible workpieces are investigated.Here,the workpiece is subject to a sinusoidal periodic force in the feed direction to disrupt the regenerative effect.Additionally,to minimize the forced chatter,the workpiece is subject to the periodic excitation force in cross-feed direction.This force is proportional to the magnitude of the estimated cutting force in cross-feed direction and has a phase opposite to the cutting force to minimize the vibration amplitudes.The effectiveness of the proposed method is evaluated numerically and experimentally,for the spindle speed located in both the local minima and local maxima of the stability lobe diagram.The numerical simulations indicate significant suppression effect in terms of vibration amplitudes,resulting in suppression of both the regenerative chatter and the forced chatter.Experiments were conducted by using a workpiece-mounted active stage composed of flexure hinges and driven by piezoelectric actuators.The experimental results agree qualitatively with the numerical simulations.The proposed method indicates a remarkable vibration reduction effect for both regenerative and forced chatters.     

功能梯度压电材料反平面断裂问题研究

基于三维弹性理论和压电理论，导出了材料系统在横观各向同性平面内梯度分布的压电体的状态方程；进而对材料系数按指数函数规律分布的半无限大压电体中的反平面裂纹问题进行了求解；利用Fourier变换给出了半无限大压电体中位移、应力的形式解；并求得了裂纹尖端的应力强度因子及电位移强度因子，分析了不同材料系数及几何因素对它们的影响。     

带负扭转的复合材料桨叶蒙皮分层裂纹尖端场分析

蒙皮分层是复合材料浆叶疲劳破坏的主要形式.本文采用非线性桨叶结构模型,推导广义二雏下带负扭转的直升机菜叶蒙皮的位移方程及应力一应变关系;在此基础上,基于Stroh理论,采用各向异性界面断裂力学分析了蒙皮存在分层裂纹时裂尖应力场和位移场的渐近解.通过数值算例分析了离心力作用下带不同负扭转桨叶蒙皮分层裂尖的振荡系数、应力场及应力强度因子,所得结果合理,表明本文方法可以为复合材料菜叶蒙皮分层破坏提供分析依据.     

材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

柔性飞机起落架改进设计

综合运用着陆响应模拟和优化设计方法以改进大柔性飞机起落架的设计.以弹性飞机的三质量块等效模型、油气缓冲器多方指数气体弹力模型、油气缓冲器速率平方油孔阻力模型和幂函数轮胎力模型模拟弹性飞机着陆动力学.考虑了大柔性飞机着陆撞击中的缓冲器最大行程、最大缓冲器力及机翼最大位移,对起落架参数进行优化设计.结果表明,大柔性飞机机体结构弹性对起落架参数设计有较大的影响,采用优化设计的油针式缓冲器可以改进起落架的着陆性能.     

采用压电陶瓷传感器提高悬臂式镗杆的加工精度(英文)

由于悬臂式镗杆的刚度较低,镗削加工中容易产生加工误差。本文采用了误差在线检测与实时补偿的方法,以提高悬臂式镗杆的加工精度。通过应变片测试微量镗削加工中镗杆的变形,在线检测加工误差,用压电陶瓷传感器对加工误差进行实时补偿。镗刀和压电陶瓷传感器分别安装在杠杆式结构的微量镗杆的两端,这样镗杆的结构尺寸可以不受压电陶瓷传感器的影响,镗杆的长径比为８。     

压电智能桁架结构的位移最优控制

使压电智能桁架结构中待控制节点位移的最大值达到最小，以结构强度及作动器性态作为约束条件，以作动器电压作为控制变量，建立最优控制模型。对结构进行了机电耦合有限元分析，利用线性压电学原理，导出了结构节点位移及杆件应力与控制电压的关系。模型被转化为序列线性规划问题进行求解。用数值方法模拟了结构位移控制的效果，实例表明该方法在保证强度的同时，能有效控制结构的节点位移，并可处理任意工况多位移要求的情况，这是普通结构通过初始结构设计难以实现的。