主动约束层阻尼薄板有限元建模及振动控制

为了解决薄板结构在应用于各个工程领域所产生的振动过大问题,以主动约束层阻尼(active constrained layer damping, ACLD)薄板结构作为研究对象,进行振动控制研究。首先,构造4节点28自由度单元对该结构进行离散,其中黏弹性层采用复常数剪切模量本构模型,引入等效Rayleigh阻尼表示基层的阻尼,通过Hamilton原理推出了ACLD薄板结构的动力学模型;其次,针对建立的动力学模型自由度过大的问题,采用物理空间下动力缩聚和状态空间内平衡联合降阶保证模型具有良好可控性和可观性;最后使用最优二次型LQR(linear quadratic regulator)控制对系统进行振动控制。研究结果表明,该文建立的有限元模型在不同边界条件、覆盖方式不同情况下仍然具有有效性,使用联合降阶法后模型依旧能够准确、可靠的表述原系统动态特性。在脉冲激励和带限白噪声下依旧能够抑制系统振动。

主动约束层阻尼振动控制技术现状及展望

本文在建模、控制策略、系统实现和应用等多方面对主动约束层阻尼振动控制技术的历史、现状进行了分析 ,指出了实施主动约束层阻尼振动控制技术继续发展的技术及待解决的问题。

主动约束层阻尼梁的有限元建模及模型简化

将有限元方法与粘弹性材料的GHM模型相结合 ,从而避免因粘弹性材料导致的非线性微分方程。为进一步设计控制器 ,先在物理空间通过迭代进行动力缩聚 ,将系统降至适当的维数 ,然后在状态空间用鲁棒降阶的方法进一步降阶。这样能使降阶后的系统既可观性 ,又可控性。

主动约束层阻尼板的振动控制研究

研究局部附加主动约束层阻尼 (activeconstrainedlayerdamping ,ACLD)结构板的振动控制问题。基于Hamilton原理 ,提出一种新的建立主动约束层阻尼板动力学模型的方法 ,同时给出一种用于确定粘弹材料GHM (Golla Hughes Mctavish)模型参数的优化问题。采用GHM方法描述弹性材料的本构关系 ,将粘弹性材料的动力特性描述与工程上最常用的有限元分析结合起来 ,推导得到ACLD结构的动力学方程为标准二阶定常线性系统方程。应用LQR控制理论进行结构振动控制仿真 ,结果表明 ,本文给出的新建模方法是准确可靠的 ,ACLD结构能够有效抑制结构振动。

主动约束层阻尼结构的振动控制

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼板的有限元动力学模型。结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移和速度反馈,对主动约束层阻尼板进行了闭环振动控制,研究了不同控制增益条件下,主动约束层阻尼板的动态特性。研究结果表明:采用自感电压的比例、微分反馈控制,能有效控制约束层阻尼板的振动,增大振动能量耗散,尤其对频率共振峰有明显抑制作用。由于该方法结构简单,容易实现,有很好的工程应用前景。

主动约束层阻尼振动控制研究进展

主动约束层阻尼（Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌａｙｅｒ Ｄａｍｐｉｎｇ， ＡＣＬＤ）是以可控的压电材料代替被动约束层中不可控的约束层，通过可控的约束层主动地控制黏弹性材料的剪切变形以进一步增大其对振动能量耗散的主动阻尼形式，它充分结合了主动控制与被动阻尼作用各自的优势，使得其在结构振动控制方面显示出极好的应用价值．本文首先解释了ＡＣＬＤ的基本结构和阻尼机理，然后综述了最近几年有关ＡＣＬＤ在结构建模，控制方案及结构优化等方面的最新研究进展，最后指出了应用前景并总结了进一步研究的问题．

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究

针对具体实物模型 ,采用微振子模型描述粘弹性材料的剪切模量随频率变化的特性 ,采用有限元方法进行分析 ,提出了一种全新的降阶方法 ,使得最后的降阶模型不仅维数远小于初始有限元模型 ,而且可观、可控 ,能直接用于控制器设计。采用模态实验验证有限元模型 ,在此基础上 ,设计出合适的控制器 ,进行实时控制实验研究 ,结果表明 。

主动约束层阻尼部分覆盖圆柱壳耦合振动控制

采用分布参数建模,从Ham ilton变分原理出发推导了主动约束层阻尼(ACLD)覆盖圆柱壳耦合振动的运动微分方程和边界条件,并扩展适合一维连续结构分析的基于解析解的谱传递矩阵法(STMM)用于ACLD部分覆盖圆柱壳。通过数值计算,研究了ACLD的长度和位置对固有频率和模态耗散因子的影响。STMM能有效克服有限元法单元数目多、动力学方程阶数高及ACLD长度和位置变化时须重复建模的缺点,以最少的单元数目建立低阶控制方程。典型算例显示了STMM的有效性和精确性。

主动约束层阻尼板结构动力学建模研究

将有限元法和GHM法相结合 ,给出了建立主动约束层阻尼 (ACLD)板结构动力学模型的新方法。建模时 ,考虑到粘弹材料 (VEM )的纵向位移影响 ,采用GHM方法描述VEM的本构关系 ,解决了VEM的力学特性随温度和频率变化的难点 ,避免因VEM的复杂本构关系而产生的微分积分方程。算例表明本文给出的建模方法是准确的 ,A CLD结构能够有效控制结构振动。

主动约束层阻尼梁结构复杂耦合振动的多层谱有限元法

针对全主动约束层阻尼(ACLD)覆盖的梁结构复杂耦合振动特性,采用一种新型的多层谱有限元法(MLSFEM)进行研究.该方法的特点是可避开采用谱有限元法时须求解带未知参数的高阶特征方程的困难,同时又保持谱有限元法使用很少单元却高精确度的优点.对典型算例使用该法的计算结果与采用谱传递矩阵法(STMM)获得的相应精确结果作了比较,证实了MLSFEM用于ACLD梁结构的有效性与精确性.还分别采用位移负反馈和速度负反馈两种控制策略,研究控制增益与ACLD梁结构动力特性之间的关系.结果表明,两种反馈控制策略对ACLD梁结构动力特性有着显著不同的影响.

绕定轴转动的主动约束层阻尼板的振动控制研究

对贴有主动约束层阻尼的转动悬臂板的动力学建模及振动控制问题进行了研究。悬臂板绕定轴以不同的定常角速度作面内转动,基于Kirchhoff复合板理论,利用Lagrange与有限元结合的方式导出了系统的运动微分方程。随后用静力分析验证了压电层作为主动约束层的作动效用,并给出了转动ACLD板的瞬态响应和稳态响应的数值仿真结果,对固定和转动情况下贴有PZT、PCLD和ACLD板的振动控制效果作了比较分析,结果表明ACLD可以作为一种有效的方式对转动悬臂板进行振动抑制。所得结果可以为转动柔性结构的系统辨识及其振动控制提供理论依据。

主动约束层阻尼梁的数值模型

为对主动约束层阻尼结构建立精确完善的数学模型 ,采用有限元建模 ,并考虑到压电材料的机电耦合效应和粘弹性材料的本构关系随温度、频率的变化而变化的特点 ,将有限元方法与粘弹性材料的 GHM模型相结合 ,从而避免因粘弹性材料导致的非线性微分方程 ,能直接求解模态频率、模态阻尼及结构响应。为进一步设计控制器 ,先在物理空间进行动力缩聚 ,将系统降至适当的维数 ,然后在状态空间用鲁棒降阶的方法进一步降阶。这样既能大大降低系统维数 ,又能保证降阶后系统稳定、可控、可观。这对于重量轻、柔度大。

主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法

基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。

基于多目标优化设计的主动约束层阻尼板振动控制研究

基于主动约束层阻尼(Active Constrained Layer Damping,ACLD)结构的有限元动力学方程,建立了ACLD板结构的多目标优化模型。以ACLD衬片的位置编号为设计变量,以前两阶模态损耗因子最大化为优化目标,采用改进的快速非支配排序算法(Fast and Elitist Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-II)算法,对ACLD衬片的布置位置进行了优化设计。对于不同的优化方案,设计了基于FxLMS(Filtered-x Least Mean Square)算法的控制器,研究了在同一外扰激励下的振动控制效果。结果表明,采用优化后的ACLD衬片配置方案,在被动和主动振动控制中,都具有良好的振动控制效果。

敷设主动约束层阻尼圆锥壳的控制特性分析

基于压电材料的本构关系和内力位移方程,考虑压电材料的正、逆压电效应,求出了压电约束层的动力学控制方程和电学控制方程。根据圆锥壳的几何特性,将变量沿周向进行傅里叶展开,可将上述方程转化为沿母线方向的一阶常微分方程的形式。结合黏弹层的法向平衡方程和位移连续性条件,由主动约束层和基壳的力学方程导出层合结构的动力学方程,并将该方程与压电约束层的电学方程联立,建立了敷设主动约束层圆锥壳的机电耦合模型。然后,借助精细积分技术和叠加原理,采用速度反馈控制策略,提出了一种分析此类结构的半解析、半数值方法,并采用该方法分析了反馈系数、反馈点的布置等参数对敷设主动约束层阻尼圆锥壳振动特性和控制特性的影响。

主动约束层阻尼杆结构纵振的多层谱有限元法

针对主动约束层阻尼(ACLD)覆盖的杆结构的纵向振动,采用一种新型的多层谱有限元法(MLSFEM)进行研究.该方法能避开使用谱有限元法(SFEM)须求解带未知参数的高阶特征方程以形成动力形状函数的困难,同时又保留SFEM仅用很少单元却精度高的优点.采用MLSFEM的典型算例表明,该方法比有限元法(FEM)更有效、精确.此外,研究了不同控制策略对悬臂ACLD杆结构频响函数的影响.

主动约束层阻尼贮液圆柱壳的耦振与控制研究

在被动约束层阻尼(PCLD)贮液圆柱壳研究的基础上,考虑约束层的压电效应,导出了压电主动约束层阻尼(PACLD)贮液圆柱壳呈一阶常微分矩阵形式的电-液-固多场谐耦振的控制方程。由于该方程中所包含的液动压力系数和采用比例微分(PD)反馈控制策略时所必需的参考点径向位移都不能预先给定,无法直接求解。为了克服这一困难,采用新型齐次扩容精细积分技术和叠加原理,建立了一种半解析解法,并采用该方法求解了PACLD贮液圆柱壳在地面运动谐激励下的振动控制问题,着重研究了控制电压分布模式对减振效果的影响。数值分析表明,在合适的控制电压分布模式作用下,PACLD对贮液圆柱壳的振动具有很好的调控作用。

子空间辨识方法在主动约束层阻尼筒形结构建模中的应用

通过以系统输入、输出的随机响应采样值为依据的子空间辨识方法获取系统的模态参数和空间状态方程.在辨识过程中分别根据输入/输出信号和输出信号进行辨识,并利用实验测试数据验证模型的精度.辨识和实验结果比较表明,此方法能够得到多自由度系统较精确的状态空间模型,为振动控制器的设计提供了一个精确的控制模型.

层叠式聚偏氟乙烯主动约束层阻尼与圆柱壳结构的振动控制

设计一种层叠式聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)主动约束层阻尼结构,将其应用于圆柱壳结构,采用Hamilton变分原理,导出局部附加层叠式PVDF主动约束层阻尼(ALCLD)圆柱壳的振动控制方程。给出层叠式PVDF主动约束层作动力的解析表达式,对两端简支圆柱壳的振动控制进行模拟。研究表明,层叠式PVDF主动约束阻尼层结构产生的作动力与PVDF层数成正比,控制电压相同时,增大主动约束层层数和粘接层厚度,可以有效地增大作动力,显著提高振动抑制效果。研究发现,粘贴在壳曲面上的主动约束层能够在径向产生大的作动力,这对壳曲面面外的振动控制非常有利。

主动约束层阻尼结构的一种新模型

提出一种主动约束层阻尼结构的新力学模型。该模型假定阻尼层既横向剪切变形又横向拉压变形,主动约束层和基层存在不同的横向位移。使用有限元法建立主动约束层阻尼梁的动力学方程,并针对典型算例进行数值计算。与传统模型比较发现:粘弹性层的横向拉压变形不但会影响系统的动态特性,而且会降低压电层的主动控制作用。研究表明,粘弹性层横向压缩变形不应忽略。