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压电纤维复合材料在船舰基本结构振动主动控制上的应用
| 论文题名： | 压电纤维复合材料在船舰基本结构振动主动控制上的应用 |
| 关键词： | 压电纤维复合材料;船舰结构振动;主动控制;传感力学机理;有限元模型;仿真实验 |
| 摘要： | 在现代海战中，随着高科技反探测技术的迅速提高，舰艇的隐蔽性问题显得日益重要。传统的被动减振降噪技术由于在低频时控制效果差、不能适应外界振动特性的变化等缺陷，并不能完全满足现代海军对船体振动水平的严格要求。而振动主动控制技术不仅能实时监测结构振动，而且具有控制效果好、适应性强等优势，近年来已初步应用于船舰结构的减振控制。另外，随着功能材料的快速发展，尤其是压电类材料的出现，使得基于此类材料正逆压电效应的主动控制技术具有更强的适应性、更大的减振幅度和更广阔的应用前景。 90年代末，美国宇航局成功研制出集驱动器和传感器于一体的新型压电纤维复合材料(MFC)。该材料与传统的压电材料相比，不仅具有极佳的挠度、良好的柔韧性及较高的机电耦合系数，而且其电极的指交叉型排列方式导致该材料的纵向驱动力显著提高。本文以MFC在船舰基本结构振动主动控制上的应用为背景，从MFC的驱动及传感力学机理出发，对MFC及其与船舰基本结构单元组成的压电复合结构进行有限元建模、振动主动控制仿真及物理实验等方面的研究。主要研究内容如下： 首先，通过合理地简化MFC的压电本构方程和分析压电复合梁结构的应力、应变分布规律，推出了MFC的压电驱动弯矩方程、轴向合力方程及电极间的电压公式，并从理论的角度细致地探讨了MFC的驱动和传感机理。 其次，采用有限元软件ANSYS11.0建立了MFC的有限元模型，进而仿真分析了MFC的四种压电特性。随后对船舰基本结构进行了模态分析，确定了仿真与实验过程中MFC的粘贴位置。然后重新推出了压电复合板结构的压电驱动弯矩方程、电压方程及压电控制因子。以此为基础，建立了压电复合板结构和蜂窝铝板结构的有限元模型，并仿真得到了两种结构在控制前后的响应曲线。 最后，分别设计了压电复合梁结构和压电复合蜂窝铝板结构的振动主动控制实验，测出了结构在不同激励作用下的振动响应。实验结果验证了MFC用于船舰基本结构振动主动控制的可行性和有效性。 |
| 作者： | 易果 |
| 专业： | 航天科学与力学系 |
| 导师： | 刘彦菊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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