STATIC SHAPE CONTROL OF LAMINATED PLATE CONTAINING PIEZOELECTRIC PATCHES

By applying the Heaviside function, the equations governinglaminated plates possess- ing spatially distributed piezoelectricpatches have been established. Based on these equations, static shapecontrol of laminated plates is discussed. BY using a genetic andcollocation algorithm, the opti- mal locations and scales of thesepiezoelectric patches have been selected. Numerical examples are pre-sented to illustrate the efficiency of the algorithm and thepiezoelectric actuators.

Random Vibration Control of Laminated Composite Plates with Piezoelectric Fiber Reinforced Composites

This paper presents an analysis of the active control of random vibration for lami- nated composite plates using piezoelectric fiber reinforced composites （PFRC）. With Hamilton＇s principle and the Rayleigh-Ritz method, the equation of motion for the resulting electromechani- cal coupling system is derived. A velocity feedback control rule is employed to obtain an effective active damping in the suppression of random vibration. The power spectral density and mean- square displacements of the random vibration for laminated plates under different control gains are simulated and the validity of the present control strategy is confirmed. The effect of piezoelec- tric fiber orientation in the PFRC layer on the random vibration suppression is also investigated. The analytical methodology can be expanded to other kinds of random vibration.

形状记忆合金混杂复合材料层合板变刚度调控机制

形状记忆合金混杂复合材料(SMAHC)是一种能够主动变化刚度的智能复合材料。为了研究形状记忆合金(SMA)对SMAHC层合板刚度调控的影响,对分布式、模块化地植入SMA的层合板进行三点压弯实验。以SMA数量、单层中SMA排布位置与SMA预应变作为3个独立变量进行正交实验设计,测试了不同试样在不同温度下的刚度值,以研究如何有效地实现刚度调控。采用等效热膨胀法建立SMAHC层合板的有限元模型与实验结果进行对比,总结了SMAHC层合板的变刚度调控机制。分析结果表明,SMA非对称排布的层合板比SMA对称排布的层合板平均刚度提升16.67%;植入8段SMA的层合板比植入4段SMA的层合板平均刚度提升15.26%;通过调整SMA的温度,可以精准地实现SMAHC层合板的刚度调控;模块化、分布式的植入方式能够改变SMAHC层合板整体的应力分布,提升层合板刚度调控精度、降低SMA纤维用量,而且能保证个别SMA失效后层合板整体仍然有一定的变刚度能力。

基于形状的复合材料层合板振动主动控制研究

根据 Hamilton原理 ,建立了覆盖压电传感器 /激振器的复合材料层合板的运动方程 ,并借助于压电方程、层合板理论得到了压电传感器、激振器的输出与输入方程。根据压电片随机布置产生的控制效果来确定最优整体压电片的形状。最后给出了计算实例 ,结果表明把压电片布置在靠近固定端和沿轴向布片为最优位置 。

压电曲壳单元及其形状控制

板壳结构作为航空、航天工程中的主要工作元件,要承受多种环境荷载,而对形状变化非常敏感的机翼、天线等结构,有必要进行形状控制。推导了空间压电曲壳单元的有限元方程,采用约束方程法连接压电曲壳和主体结构,建立了整体结构的有限元分析模型,并基于等效应变原则验证了模型的正确性。在此基础上,利用最小二乘法对结构进行了形状控制,得到压电驱动器上电压的最优分布。算例表明:该文模型能提高计算精度和速度,达到形状控制的要求。

含压电片层合板的静变形控制

借助阶梯函数，建立了含有任意分布的用作执行器的压电片的层合板弯曲方程．然后利用该方程，进行了层合板静变形控制的研究．最后结合实例，用“遗传＋配点”法对压电片的位置和尺寸进行了优化．结果表明，用压电片作执行器，用“遗传＋配点”法进行优化是对板进行静力变形控制的一条有效途径．

压电层合板自适应结构的静力变形控制

针对板壳型自适应结构 ,研究了使用压电材料的层合板结构的静力变形控制 .基于有限元法 ,计算出结构位移的灵敏度矩阵 ;利用该矩阵 ,建立位移控制方程组 .当作动器数量与控制位移相同时 ,可解线性方程组 ,求出控制电压 ;当作动器数少时 ,采用优化方法求解 ,由此计算各作动器的控制电压 ,对自适应结构的静力变形 ,进行最优控制 .

考虑平整性要求的板壳自适应结构静变形控制

基于四节点压电复合材料层合板单元和相应有限元分析方法 ,利用结构位移对电压的灵敏度 ,对以压电材料为作动器的板壳自适应结构 ,进行了考虑平整性要求的静力变形控制。根据控制目标和约束限制 ,由数学规划问题确定结构承载时作动器所需的控制电压。最后以数值算例给出了仿真结果 ,以验证所提出方法的有效性。

埋入压电元件的自适应层合板形状控制的数值分析

把压电元件埋入复合材料层合板中,层合板就变成压电自适应层合板,它除了具有承载能力外,还具有检测、动作、变形等功能。本文用有限元法对压电自适应层合板进行了分析,压电元件的驱动效应被等效为力学载荷,计算过程因此得到了简化,所得算例1的计算结果得到了实验结果的验证。在此基础上,利用非线性规划方法,对结构形状的最优控制进行了分析,并给出了算例2的分析结果。

含压电片层合板的振动控制

本文借助阶梯函数 ,建立了含有任意分布的用作执行器的压电片的层合板振动方程。在此基础上 ,利用模态法 ,进行了板的振动控制研究。仿真结果表明 ,无论对自由振动还是受迫振动 ,控制效果都十分明显。

温度梯度场中梁的形变控制研究

5介绍了一种新型的压电作动器—层叠式压电作动器,并使用这种作动器对温度场中的梁进行了形状控制研究。根据哈密顿原理,得到了粘贴有层叠式压电作动器的梁结构的控制方程,进行了数值仿真,并且用Comsol软件进行了模拟,两者的结果基本一致。对压电作动器的控制电压进行了优化,得到了最优控制电压。由于层叠式压电作动器的控制力与压电片的层数成二次函数关系,当控制电压恒定时,层叠式压电作动器的控制力随着压电器层数的增加而迅速减小。使用层叠式压电作动器可以在比其他作动器更小的电压下取得更好的控制效果。通过与普通压电作动器的比较,可以发现层叠式压电作动器可以有效地降低作动器的施加电压,而且可以显著增强控制效果。这种形状控制方法为应用层叠式压电作动器进行薄壁结构的形状控制提供了理论基础。

含压电片梁的静变形控制

首先借助阶梯函数，建立了含有任意分布的用作执行器的压电片的梁挠曲轴线方程。然后利用该方程，进行了梁的静变形控制的研究。最后结合实例，用“遗传＋配点”法对压电片的位置和尺寸进行了优化。结果表明，本文建立的挠曲方程形式简洁，求解简单：“遗传＋配点”法优化效果明显。

基于精细积分的压电层合板有限元分析及振动控制

文章基于三阶剪切变形理论,建立了压电复合材料层合板有限元单元模型,利用Hamilton原理推导了压电层合板结构的动力学方程,通过引入精细积分方法,利用所建立的单元对压电层合板结构进行了振动分析;基于精细积分给出了线性二次最优控制的Riccati方程的求解方法,设计了线性二次最优控制律以抑制压电层合板结构的振动。实例证明,与其它有限元模型进行比较的结果显示所建立的模型具有足够的精度,文中推导的线性二次最优控制Riccati方程的计算方法可行,对板结构的振动控制有效。

考虑作动器联接方式的结构形状控制优化

以压电材料梁式作动器控制复合材料层合板形状的设计问题为对象,研究有限个独立控制参数条件下的形状最优控制问题。研究了作动器与信号发生器(独立控制参数)联接关系的参数化描述方式,建立了作动器联接方式与控制参数协同设计的问题提法;针对优化问题中离散变量(联接方式描述参数)和连续变量(控制参数)共存的特点,建立了遗传算法和线性最小二乘(Linear Least Square,LLS)方法相结合的求解策略和方法;在响应分析所采用的有限元模型中,采用粘结层单元描述本体结构与作动器之间的连接。复合材料层合板形状控制设计的实例,验证了该文中建立的问题提法、优化模型和求解策略的有效性。