压电柔性结构振动的鲁棒控制

针对具有多面体型参数不确定性和外界扰动的柔性悬臂梁系统,研究其振动的鲁棒控制问题.基于压电柔性悬臂梁系统的状态方程,利用一种扩展LMI(Linear Matrix Inequality),对柔性悬臂梁的振动提出了改进的 H₂/H_∞ 综合状态反馈鲁棒控制方法.此方法针对多面体型参数不确定性系统引入不同的Lyapunov函数,降低了原来 H₂/H_∞ 综合鲁棒控制方法中由于使用一个公共Lyapunov函数而产生的保守性.通过Matlab分别采用改进和未改进的 H₂/H_∞ 鲁棒控制方法对柔性悬臂梁系统的振动控制进行了数值仿真.仿真结果表明,2种方法都使柔性悬臂梁的振动得到了良好控制,而改进方法的控制效果更好.     

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。     

压电悬臂梁双晶片串联结构的修正模型研究

本文针对传统的压电悬臂梁参数模型的压电耦合弊端,提出了修正后的压电悬臂梁双晶片串联结构模型,引入修正因子,并给出了相应的机电耦合解析解。将传统的压电悬臂梁集总参数模型和修正后的压电悬臂梁双晶片串联结构模型进行仿真对比和实验测试,仿真结果显示:是否考虑末端质量对压电悬臂梁的压电能量采集的各项参数都有很大影响。实验测试显示:传统的集总参数模型误差值大,压电悬臂梁双晶片串联结构修正模型精度高,与实验数据误差小。     

由裂纹嘴位移确定双悬臂梁试样应力强度因子的权函数解法

双悬臂梁(DCB)试样在材料的损伤容限性能评价,特别是应力腐蚀开裂门槛值(K_ISCC)测定中有重要应用。由于该试样几何的特殊性,一般采用与试样端部(裂纹嘴)有一定距离的特定位置裂纹面位移加载方式,然而该加载点的位移测量不但费时而且精度低,位移测量最方便和准确的位置是在DCB试样的裂纹嘴。通过对一种参考载荷条件的有限元计算,应用边缘裂纹的经典权函数解法,推导出DCB试样的权函数解析解,并与复变函数泰勒级数展开的权函数解法作了比较验证。在此基础上根据特定加载点的位移反算出相应位置均布应力加载下的应力强度因子,进而建立DCB试样在特定位置的裂纹面位移加载条件下的应力强度因子与裂纹嘴位移之间的关系式,为采用这种试样的材料损伤容限性能评价,特别是K_ISCC的高精度自动化测定奠定了基础。     

差动式光纤Bragg光栅加速度计传感头设计与仿真

针对传统悬臂梁-质量块结构加速度计存在的灵敏度与固有频率不能兼顾的问题,设计一种差动式光纤Bragg光栅加速度计,建立系统模型,对测量精度等进行理论计算与分析.传感头设计采用主梁与微梁结合的结构,是悬臂梁-质量块结构的一种改进形式,并运用有限元方法对其静态特性和动态性能进行仿真分析.结果表明:该设计系统精度可以达到10.5×10-3g,固有频率为270Hz,固有频率是同等精度的传统悬臂梁结构光纤光栅加速度计的2.7倍;此结构的加速度计在不降低灵敏度的同时可以有效提高系统的固有频率.      

在速度平方控制项下可变方向悬臂梁的振动

本文讨论研究可改变方向的悬臂梁非线性系统参激振动并利用速度二次项对其振动控制。讨论中认为末端带集中质量块悬臂梁的第一阶模态具有决定性的影响，对系统位移响应采用单阶Galerkin截断方法处理将描述梁的偏微分方程转化为常微分方程。本文应用非线性梁方程中加入二次速度反馈项进行控制，对控制方程应用多尺度方法得到幅频关系并作稳定性分析，最后用数值方法分别讨论外谐振下线性阻尼项、梁非线性系项、二次速度控制项增益和激励幅对悬臂梁振幅在不同方向下的影响。     

双悬臂梁试样能量释放率计算的新方法

基于一阶剪切变形层板理论，提出了一种适用于双悬臂梁试样能量释放率计算的可动边界变分方法解，分层前缘各点的能量释放率为剪力和挠度偏导数之乘积。该方法有较高的计算效率。通过与二维和三维有限元方法的计算比较，验证了本方法的正确性。     

Z-pin植入密度对复合材料壁板力学性能影响的研究

针对植入Z-pin后的碳纤维增强平纹机织复合材料的微观结构,建立了含Z-pin的机织复合材料单层板和层合板的单胞模型。预报了Z-pin直径、面内分布密对单层板的面内纵向拉伸力学性能的影响,得出了含有Z-pin的机织复合材料单胞在受面内拉伸时,会在Z-pin附近出现应力集中,单胞首先会在应力集中区域发生失效而导致强度降低。通过三维单胞模型模拟了Z-pin在层合板中拉出脱离过程,得出了不同Z-pin直径、不同分离层厚度下的拉拔力—位移曲线。建立了用非线性弹簧模拟Z-pin的双悬臂梁模型,结合VCCT裂纹扩展技术,模拟了含有Z-pin复合材料层合板的Ⅰ型裂纹扩展,得出了Z-pin直径越大,分布越密,层合板的等效Ⅰ型应变能量释放率GIC越大,且直径越大使GIC随裂纹扩展的波动幅度越大,分布越密使GIC波动的波长越小。     

功能梯度材料悬臂梁受复杂载荷作用的分层剪切理论

本文采用分层剪切变形理论对功能梯度材料层梁进行了分析，对立了功能梯度材料悬臂梁模型。取材料为非均质性，材料弹性系数随梯度变化，应用边界条件，层间连续条件，得出梁结构的变形与应力。结果表明，存在优化的梯度因子使得悬臂梁具有最佳的承载能力，载荷分布对结构应力场温度场有效大的影响。     

柔性梁结构的时滞主动控制

对考虑时滞影响的柔性悬臂梁的离散最优控制进行了研究。首先采用独立模态空间方法给出包含有时滞项的控制模态方程，然后将之离散化并通过状态变量增广转化成不含时滞的标准离散形式。离散形式的性能指标也转化成增广形式。则离散时滞最优控制律可以针对增广的系统进行设计。因在最初的系统动力方程中就考虑了时滞项，且在推导离散模态控制律的过程中无近似处理，因而所给控制方法易于保证控制系统的稳定性。另外，文中还给出了从实际测量中提取模态坐标和将模态控制力转换成实际控制力的方法。最后通过数值仿真对本文所提控制方法的可行性和效果进行了验证。仿真结果显示，采用本文所提控制方法能够有效地抑制结构的振动。若在控制设计中忽略时滞，有可能引起动力失稳。