基于压电分支阻尼的多模态电路被动控制的研究和应用

该文对基于压电阻尼技术的结构多模态振动控制进行了探讨和研究,从理论上对其能量转换技术,即压电阻塞电流分支电路原理及其优化电路进行了分析和说明。最后以根部粘贴有压电陶瓷片的悬臂梁结构为例,设计了相应的阻塞电流分支电路,并对该结构的一阶和二阶模态振动控制进行了实验研究和数据分析。结果表明:可以对2个振动模态同时进行衰减,减振效果良好。

基于压电分支阻尼技术的航空发动机叶片振动抑制方法研究

开展基于压电分支阻尼技术的叶片振动抑制方法研究。首先,对于叶片结构和压电陶瓷构成的机电耦合系统,研究其有限元动力学建模方法及模型减缩技术;其次,分析了经典的谐振分支电路以及含负电容的电感-电阻分支电路的原理和方法;最后,实际构建上述压电分支电路,重点研究了大电感和负电容的物理实现方法,并通过实验考察压电分支阻尼对某型航空发动机压气机叶片结构振动抑制的效果。实验结果表明:该建模及分析方法引入了压电陶瓷“等效电容”的概念,能够准确地预测叶片-压电陶瓷机电耦合系统的动力学特性,具备处理实际复杂叶片结构的能力;谐振分支电路在抑制叶片单阶模态振动方面效果显著,负电容的引入能够有效地增强压电分支阻尼效应。

双周期分布式压电分支阻尼对失谐叶盘振动抑制作用分析

将压电分支电路引入失谐叶盘结构,形成机电耦合系统,给出了机电耦合系统动力学方程的推导过程,并从理论上研究了压电分支阻尼对失谐叶盘结构响应放大的抑制效果.通过构造双周期分布式压电分支电路,研究了双周期分布式压电分支阻尼对失谐叶盘结构的振动抑制效果,并与单周期压电分支电路进行了对比,对比结果显示压电分支阻尼(包括单周期压电分支阻尼以及双周期分布式压电分支阻尼)均能有效降低随机失谐叶盘结构的响应放大,其中双周期机电耦合系统响应放大因子统计分析结果小于1的概率在99.7%以上,基本消除了失谐叶盘结构的响应放大现象.通过合理地设计系统的双周期模式,能够获得比单周期更好的失谐响应放大抑制效果.此外,压电分支阻尼使得随机失谐叶盘结构的失谐"阈值"现象消失,提高了叶盘结构的失谐鲁棒性.

基于拓扑优化的叶盘压电阻尼器性能研究

针对压电分支阻尼技术在航空发动机叶盘结构振动抑制问题中的应用,提出了一种拓扑优化方法,可给出限定用量的压电材料在轮盘上的最佳位置,以提升压电分支阻尼的上限。在轮盘上布置压电材料还可防止对叶片通道内流场的影响,避免降低流体效率。首先,论述了该拓扑优化方法的原理,推导了模态机电耦合系数这一核心参数的计算公式及其与最佳阻尼比、模态应变场的关系。其次,建立了基于模态应变场的压电材料分布拓扑优化方法,可用于任意有限元模型。最后,将该优化方法应用于一个航空发动机压气机叶盘结构模型,分别针对单一和多阶模态进行了压电材料在轮盘上分布的拓扑优化,研究这种铺设方式对各典型模态(轮盘主导、叶片主导、耦合振动)的振动抑制效果。结果表明,在仅采用占轮盘质量5%的压电材料的情况下,优化后的压电阻尼器最多可以为轮盘振动主导模态及叶片-轮盘耦合振动模态提供约13%的模态阻尼比,为叶片主导模态提供的模态阻尼比集中在2%~4%。

用于叶片减振的压电材料分布拓扑优化

提出一种可用于实际叶盘结构的压电分支阻尼器拓扑优化方法,可以给出总质量受约束的压电材料在叶片上的最佳分布,达到尽可能大的模态阻尼比。通过理论推导说明:压电阻尼器所产生的模态阻尼比仅取决于模态机电耦合系数,且该系数只与压电材料的几何形状以及模态应力场有关。进一步结合压电本构关系,基于应力分量的线性加权给出了有限的压电材料在叶片上铺设位置"优先级"的判断指标。给出了基于叶盘结构有限元模型的压电材料拓扑优化方法,通过替换单元类型和材料参数的方式对压电材料进行布置,并给出了多模态族优化、极化方向设置、电极铺设等问题的解决方案。在一个接近真实的叶盘模型上应用了此优化方法。结果表明,仅使用质量占叶片质量10%的压电材料,就可以为多个模态提供约12%的阻尼比。