电流变液夹层圆柱壳声振性能实验研究

本文选用自行配制的硅油基纳米硅粉和淀粉电流变液 (ERF) ,对灌注电流变液的夹层圆柱壳体的隔声性能及声激励结构响应进行了实验研究 ,对不同电流变液在外加电场下的流变现象进行了定性分析和比较 ,分析了外加电场对电流变液夹层圆柱壳体的声和振动的控制效果。实验结果表明 :施加电场后的电流变液夹层圆柱壳体对处于中、高频率的声波没有明显的吸收和阻隔效果 ,但对于由声激励引起的结构振动有明显的控制作用。无论对声传播还是声激振动 ,电流变材料的影响都是随频率变化而变化的。

基础简谐激励下匀速旋转运动电流变夹层梁的振动稳定性

建立了基础激励和定轴转动联合作用时电流变夹层梁的运动微分方程,着重研究了基础简谐激励和匀速旋转运动作用时电流变夹层梁的振动稳定性。采用多尺度法获得了梁的一次近似解析解和参激振动失稳的条件。通过对电流变夹层梁在不同激励参数、控制电场和旋转角速度时的振动响应时间历程曲线和对应相图的数值分析,探讨了电场作用下电流变夹层梁的参激振动稳定性。仿真结果表明,在一定的条件下,可以通过控制作用于电流变夹层梁的电场强度来改变系统出现运动不稳定的临界激励幅值,提高结构的动力稳定性。

电流变液用于旋转运动柔性梁振动控制的实验研究

建立了用于旋转运动电流变夹层梁振动响应测试的实验系统。对电流变夹层梁在不同电场强度与旋转速度下的振动响应特性进行了实验研究。实验结果显示,旋转运动电流变夹层梁在外加电场的作用下,能快速抑制梁的残余振动,缩短振动衰减时间。表明在外加电场的控制下,电流变材料能有效抑制旋转运动柔性梁的振动。

电流变夹层板滑模振动控制

为实现板结构振动控制,基于滑动模态控制思想,设计适用于电流变夹层结构的变刚度控制器,并且推导两类控制律——滑模控制律和简化的开关控制律。先将电流变液处理为可控黏弹性材料,基于Hamilton原理建立电流变夹层板有限元模型。设计滑模控制器时,首先将系统变换到模态空间,然后利用LQR最优控制理论设计控制面函数,设计电流变夹层板的滑模控制器,最后给出两个近似的半主动控制律。对悬臂电流变夹层板进行仿真分析,设计的滑模控制器能显著降低电流变夹层板振动水平,均方根降幅达到88.23%,取得明显优于被动控制的减振效果,体现电流变夹层结构在板结构振动控制应用中的前景。

电流变液夹层板结构的动态特性分析

作为一种新型智能材料 ,电流变液的应用研究近年来受到很大重视。本文从电流变液的特性出发 ,对小变形条件和中低电场作用下含电流变液夹层板结构的动态特性进行了理论和实验研究。在经典的夹层板理论基础上建立了含电流变液夹层板结构的有限元模型 ,计算结果与激光全息试验结论吻合较好 ,说明该模型是可行和有效的。研究表明 :随着外加电压的升高 ,电流变液夹层板的共振频率向高频移动 ,模态阻尼迅速增大 ,相应的共振峰值受到抑制。

电流变夹层振动控制和拓扑优化研究

为电流变夹层板设计了半主动的变刚度控制算法,并对其进行了夹层结构的拓扑优化。首先,建立了电流变夹层结构的动力学模型,基于开关控制策略发展了适用于ER夹层板的模态控制算法。随后,构造了电流变夹层结构的单阶模态和综合模态的频率变化率为优化目标函数,再采用粒子群优化方法,以这两个函数为目标,对结构进行了拓扑优化,并且得到了一定材料使用率限制下相应的拓扑布置构形。最后,采用变刚度控制的等效阻尼比和多种激励下的时域响应对比两种手段对拓扑优化的结果进行了验证,数值算例证实了该拓扑优化结果以及变刚度控制的有效性。

含电流变液夹层板振动的模糊控制

基于模糊控制理论 ,对含电流变液夹层板的振动控制进行了仿真和实验研究。通过动态特性实验识别出仿真所需的振动系统动力学参数 ,根据不同电场强度下夹层板实测的频响函数曲线 ,设计出模糊控制律。振动控制的数值仿真及模型实验结果表明 ,用模糊控制方法控制含电流变液夹层板的振动十分有效 ,模糊控制器对振动系统的适应性较强 ,在实际控制时不要求建立系统准确的力学模型 。

周期变速旋转运动电流变夹层梁的参激振动

采用多尺度法对周期变速旋转运动电流变夹层梁的动力稳定性进行了研究.假设电流变夹层梁绕固定轴线做随时间变化的简谐周期运动,将变速度转动梁作为一个时变参激振动系统,分析了不同结构和控制参数对失稳区域的影响.仿真结果表明,改变外加控制电场强度的大小和梁的结构参数,可改变旋转电流变夹层梁发生动力失稳的临界角速度和失稳区域.故在一定的条件下,可以通过控制作用于电流变夹层梁的电场强度来调节旋转运动柔性梁的振动特性,提高结构的动力稳定性.

横向可压缩电流变夹层梁的振动特性

讨论了电流变夹层梁在考虑电流变材料层横向可压缩时的动力学特性。在建模过程中将电流变材料视为可压缩的粘弹性材料,假设电流变材料层的横向位移随厚度变化。基于一阶剪切变形理论和能量方法建立了电流变夹层梁的挤压-剪切动力学模型,并采用有限元方法进行了离散求解。通过对悬臂梁的仿真和实验分析得出:在电流变夹层梁的振动过程中,上、下约束层的横向位移并不完全相等,在低频阶段相差不大,但在高频阶段较为明显;加大外加电场的强度,可以减小横向位移的差值;而电流变层厚度的增加,将使横向位移的差值加大。

电流变夹层梁的动力稳定性分析

将电流变液等效为线性粘弹性材料,并假定在小变形情况下其储能模量和损耗因子与加在它上面的电场成正比,利用Hamilton原理和有限元方法建立电流变夹层梁的动力学方程。分析不同外加电场和厚度比情况下,电流变夹层梁的振动特性及动力稳定性。通过对单频轴向激励作用下电流变夹层悬臂梁的仿真计算显示,外加电场的增大能提高电流变夹层梁的刚度和阻尼损耗,减少不稳定区域的大小,而电流变层厚度的增加将使梁的固有频率降低,但提高了梁的稳定范围。表明合理设计电流变夹层梁可以有效抑制振动,提高系统的稳定性。

电流变夹层板的拓扑优化研究

为了优化电流变夹层板中的变刚度控制效果,对其进行了夹层结构的拓扑优化。首先,基于变刚度控制效果的分析,确立了结构的单阶模态和综合模态频率变化率为优化目标,然后基于粒子群优化算法对结构进行了拓扑优化,并且给出了相应的拓扑构形。最后,采用变刚度控制的等效阻尼比和时域响应对比两种手段对拓扑优化的结果进行了验证,两类验证都表明这些优化的拓扑构形能在较小的材料利用率下,可以取得较好的变刚度控制性能。