1-3型压电纤维主动薄壁梁扭转特性

从薄壁梁理论出发,在考虑扭转翘曲影响的情况下,推导了1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁的几何方程、本构方程和静力学控制方程。在此基础上,采用该理论分析了4类典型铺层方式的主动薄壁梁在控制电压作用下产生的主动力和变形模式。分析指出,采用适当的铺层方式,可以使得1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁具有主动扭转能力,特别是纯扭转能力。算例同时分析了主动薄壁梁主动扭转能力随压电纤维的体积比、铺层角、外界电场强度以及薄壁梁的长度等因素的变化规律。算例结果表明,本文分析方法具有较好的精度,1-3型压电纤维复合材料主动薄壁梁具有良好的主动扭转特性,这将大大扩大主动结构的自由度控制范围,特别是扭转自由度的控制范围。     

压电驱动器的气动弹性应用

 随着压电智能材料与结构的发展,压电驱动器在气动弹性控制领域占据重要地位。使用压电驱动器控制翼面变形,利用而不是抵抗气动弹性效应可以控制升力、力矩以及它们的分布。采用基本相同的智能结构翼面控制系统,根据不同的控制目标需求,使用压电智能材料驱动器可以达到多种目的,包括静态的形状控制与动态的颤振抑制、抖振控制与阵风响应控制。静态控制方面例如改变翼面形状获得附加空气动力以增加升力、提供横滚力矩、改变升力分布以减小诱导阻力或减小翼根弯矩等;动态控制例如利用改变翼面形状产生的附加空气动力作为控制载荷,改变气动弹性系统的耦合程度,根据控制效果要求可作为气动阻尼、气动刚度或气动质量。这种控制方法可以减轻结构重量,提高操纵效率,扩大飞行包线,提高材料利用率,已成为可变形飞行器的重要研究内容。本文主要阐述压电驱动器气动弹性应用的动机与机理、发展与成就以及问题与展望。     

基于压电陶瓷驱动的小力值测量装置设计

设计了一种新的小力值测量装置,该装置使用了压电陶瓷促动器、力传感器、电子天平和计算机控制。用PID控制法进行闭环控制试验研究,达到了较高的控制精度。     

二元智能复合材料结构变形分析

提出了嵌入形状记忆合金丝和压电陶瓷片作为联合变形驱动器的二元智能结构,并建立了有限元模型．驱动器镶嵌于层板表面或内部,其中压电陶瓷片作为压电铺层;形状记忆合金丝的驱动力当量为与温度相关的节点载荷．算例比较了不同种驱动方式的变形效果,并进行了试验验证．结果表明在二元智能结构的形状控制中,形状记忆合金丝承受主要的载荷,压电陶瓷片作变形修正,可以发挥各自的优点．      

压电层合板自适应结构的静力变形控制

针对板壳型自适应结构,研究了使用压电材料的层合板结构的静力变形控制.基于有限元法,计算出结构位移的灵敏度矩阵;利用该矩阵,建立位移控制方程组.当作动器数量与控制位移相同时,可解线性方程组,求出控制电压;当作动器数少时,采用优化方法求解,由此计算各作动器的控制电压,对自适应结构的静力变形,进行最优控制.算例比较了不同的控制情况.     

功能梯度压电夹层板条中的反平面裂纹问题

本文研究了夹在两个均匀压电材料半空间中功能梯度压电板条内的反平面裂纹问题。假设功能梯度压电夹层板条的材料参数沿厚度方向连续变化,并考虑裂纹面上电绝缘型和电渗透型两种边界条件。利用Fourier变换,首先将混合边值问题转化为对偶积分方程,即而归结为求解第二类Fredholm积分方程。通过数值计算,求得了功能梯度压电夹层板条内反平面裂纹的应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率,分析了材料物性参数梯度、几何尺寸和载荷条件对它们的影响。     

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。     

基于PLZT的RAINBOW陶瓷的特性及其微观结构

RAINBOW陶瓷是一种具有内部应力偏移 ,并具有特殊的拱形结构的大位移驱动材料 ,它是通过将普通的压电陶瓷在高温下化学还原制备所得。实验表明 ,PLZT压电陶瓷具有较好的还原性能 ,还原层厚度与时间有线性关系 ,理想的还原条件为 :95 0℃保温 1～ 1 5h ;电镜照片显示RAINBOW陶瓷有明显的分层结构 ,还原层表现出穿晶断裂而未还原层则是沿晶断裂的特征。XRD谱发现还原层主要由金属Pb及PbO ,ZrO2 ,ZrTiO4等氧化物组成 ,原先的晶体结构已不存在 ;还原机制的理论分析与实验结果一致     

含脱胶压电传感器/驱动器的智能结构的有限元分析

将压电传感器、驱动器粘贴在复合材料结构的表面可实现结构的振动主动控制 ,但若传感器、驱动器部分脱开会对结构的静、动态特性产生显著影响。建立了一个新的加强假定应变压电固体单元 ,用于压电自适应层合结构振动主动控制的模拟仿真。与现有的压电固体单元相比 ,所建单元性能更优越 ,精度和计算效率更高 ,并能用于壳体结构的分析。采用相同坐标值但不同的节点号的方法模拟脱层 ,利用该单元分析了传感器、驱动器脱开对结构动力学特性的影响。     

压电纤维复合材料驱动的机翼动态形状控制

利用压电材料实现柔性机翼的主动形状控制,能够有效提高机翼结构效率和气动性能;要实现连续、光滑的高精确形状控制效果,机翼变形过程必须满足一定的动态要求。本文利用在上下翼面反对称铺设的新型压电纤维复合材料——宏纤维复合材料(MFC)提供驱动力矩,研究了机翼扭转变形的前馈轨迹跟踪控制。首先建立了机翼结构有限元模型和气动力载荷模型,采用载荷比拟法得到MFC作动器的控制载荷向量,给出了气动弹性控制方程及其状态空间表达形式。为跟踪预设的变形参考轨迹,以跟踪误差的时域积分为目标函数,对MFC作动器的电压加载历程进行了优化设计。结果表明,采用规划后的电压加载历程,机翼气动弹性响应很好地跟踪了预期参考轨迹,实现了连续、光滑的动态形状控制效果,提高了控制精度。