压电框架单元及其在结构振动控制中的应用

重点阐述了含坟电传感器和执行器的复合结构框架有限元模型的建立过程，导出了压电框架单元的压电刚度矩阵和介电刚度矩阵，进而引入基本控制规律用数值例子说明了压电传感器与执行器在结构的振动控制中的具体应用。     

压电层合板壳的数值分析与控制仿真

从虚功方程出发,推导出具有压电传感器和驱动器的层合板壳的机电耦合动力方程,建立了新的压电固体单元以模拟压电层合结构的力学特性和振动控制。通过引入EAS模式,代替通常采用的增加非协调函数的办法克服模拟薄板时所遇到的过高剪切应变能的缺陷,从而明显减少了内部变量的个数,提高了计算效率;进而在厚度方向上增加一个线性分布的横向应变,克服了用于壳体结构的分析时所遇到的厚度自锁问题;提出了一个新的电势插值函数,大大减少了电自由度的个数,显著降低了数据读取、存储和凝聚电自由度的计算花费。数值算例表明,推导的单元适用于薄壳结构的数值分析,并具有很好的对歪斜网格的适应性。     

基于PT和MFC的飞机垂直尾翼振动主动控制

首先基于压电陶瓷变压器PT(Piezoelectric transformer)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高、体积小、重量轻等优点.与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化.然后以飞机垂直尾翼模型为控制对象,选用了压电纤维复合材料(Micro fiber composites,MFC)和(Piezoelectric transducer,PZT)作为驱动器,实现了对模型两阶主要振动模态的主动控制.实验验证所设计的开关功率放大器的可行性,最后对MFC和PZT的驱动性能进行了对比.     

含金属芯压电陶瓷纤维的本构方程

含金属芯压电陶瓷纤维是一种新型的压电器件。为了研究压电纤维的压电和机械性能,本文推导了其本构方程。该方程用于描述压电纤维在受到外力和电压作用时的响应。在悬臂杆式压电纤维的电极上施加电压,并在自由端施加力,计算其在热平衡状态下的内能密度,并在整根纤维上积分,得到其励参量是作用力和施加的电压,而响应参量是自由端的伸长量和电极上的电荷量,两者之间由一个2×2的压电矩阵相联整体能量。结果表明,自由端施加力作用时的广义位移为伸长量δ,电压的广义位移为电荷量Q。所建立的本构方程中的激系。     

压电陶瓷布局对除冰效果的影响研究

用仿真与实验的方式研究了压电陶瓷除冰技术在复合材料上的应用.通过有限元仿真研究了在能耗相等的前提下压电陶瓷布局(数目、间距)对除冰效果的影响,并进行了冷环境下除冰实验.仿真结果表明:按合理的布局方式,将尺寸较大的单块压电陶瓷分成尺寸较小的多块时,会有比大尺寸单块压电陶瓷更好的除冰效果;随着压电陶瓷间距的减小,除冰效果进...     

智能材料与结构及其在智能飞行器中的应用

为了满足民用和军事领域对智能飞行器日益增长的需求,在承载、连接等功能的基础上,具有自诊断、自适应、自控制、自修复等“智能功能”的智能结构应运而生。这一技术的出现显著地推动了航空领域的发展,如利用形状记忆合金作为驱动器驱动指定结构变形可以改变飞行器气动性能,而利用压电材料作为传感器和驱动器对结构进行健康监测和振动噪声控制是当前智能结构研究的重要方向。以此为背景,介绍了南京航空航天大学智能结构研究团队近十年来在智能结构方面的研究进展,以期为智能结构技术的发展与创新提供可以借鉴的思路。     

智能结构的损伤及失效研究

根据所观察到的一些损伤形式，对智能结构的损伤和失效问题进行了初步研讨。中给出了失效的定义和一些可能的损伤形式，并指出智能材料结构的损伤和失效研究重点应放在对其功能失效的研究上。用有限元法初步分析了压电驱动器部分脱粘对结构静变形控制的影响。数值结果表明，压电驱动器部分脱粘会减弱其驱动效率，从而影响对结构静变形控制的能力和精度。     

含压电传感器和驱动器的复合材料中厚板有限元分析

基于变分原理和一阶剪切理论，本建立了一种新的机电耦合矩形有限单元．该单元具有四个节点20个位移自由度．电自由度为单元中的压电铺层层数。通过静态控制方程推得的旋转位移表达式中含有横向位移的三次导数．从而该单元不仅能分析薄板的变形．而且还能分析中厚板在电载荷和外力载荷作用下的变形。然后．根据所建立的有限单元．结合相关方程．编写了有限元分析程序并对一些算例进行了数值模拟．通过将所得结果与有关献的结果进行对比．验证了本单元的有效性。最后对压电非均衡复合材料在电载荷作用下的变形进行了分析。结果表明．当复合材料中正的铺层角和对应的负铺层角的厚度比改变时。在相同电载荷作用下对结构的变形有较大的影响。     

冲击波压力传感器测试系统的动态标定

介绍压力场测试中所采用的压电压力传感器的标定方法。压力场测试中所采用的传感器是一种以压电晶体做敏感元件的压力传感器,它可以将压力讯号直接转换成电荷输出,其输出量与被测量压力成正比。该传感器具有较大的测压范围、较好的线性、快速的上升时间、高的压力-电荷灵敏度和较小的几何尺寸。给出了压电压力传感器的实验室标定方法和野外使用环境条件下的现场标定方法,并进行了对比研究。     

压电元件在悬臂梁振动被动控制中的实验研究

应用阻尼技术提高结构系统的阻尼是一种十分有效的振动控制方法。根据压电元件的压电效应及其具有的电容特性，设计压电吸振器，即根据被控结构，设计RLC谐振回路，把机械结构的机械能通过回路中的电阻热能消耗掉，达到吸振的效果。用实验方法对两种谐振方案进行验证分析，得到一些指导性的结果。