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原文传递船舶智能结构振动反馈控制研究

论文题名：	船舶智能结构振动反馈控制研究
关键词：	船舶智能结构;作动器;振动反馈控制;ANSYS软件;三明治复合材料;T型加筋板;舱段
摘要：	本文研究船舶智能结构振动反馈控制的分析与数值仿真问题。针对通用有限元软件缺乏对工程智能结构的分析能力及控制控制仿真能力，进行了程序开发，包括用Visual Fortran语言编译有限元计算程序；以及在通用有限元软件ANSYS的基础上开发压电壳单元的功能。利用程序开发的成果，研究了船舶智能结构振动反馈控制。首先叙述了智能结构的构成，以及其组成材料的特性和本构理论，描述了压电材料的正，逆压电效应和压电方程。针对大型商业软件中没有压电壳单元给船舶智能结构的研究带来的困难，本文建立了考虑拉伸与弯曲位移自由度和电势自由度的四节点复合材料平板单元，并利用能量原理导出的复合材料板壳型智能结构的有限元动力学、静力学运动方程，以及作动器和传感器的有限元方程，用Visual Fortran语言编译了复合材料板壳型智能结构有限元计算程序。能够分析复合材料板壳结构在机、电耦合作用下的面内变形和弯曲变形。此外我们在研究中发现，层合板湿热分析的本构方程和压电分析的本构方程非常相似，经过适当的变形，可以设法借用通用软件ANSYS中已有的湿热单元的功能来实现压电单元的一般常用功能。本文还利用ANSYS中的ANSYS Parametric Design Language (APDL)构造了一个振动反馈控制系统，可以进行比例反馈控制和恒值反馈控制两种控制方法的研究。针对船舶结构特点，本文以PZT材料作为反馈传感器和控制作动器，粘贴在船舶板梁结构表面，形成智能结构反馈控制闭环系统。比较了利用Visual Fortran编译的程序、ANSYS压电体单元以及自己开发的“压电壳单元”这三种方法来分析板壳型智能结构的特点。通过比较，选用恰当的方法对悬臂三明治板、梁、两端固支的钢板、T型加强筋和舱段进行了振动反馈控制研究，并初步研究了压电作动器的位置对结构振动控制的影响。研究验证了智能结构在较大，较复杂的船舶结构振动控制中的可行性，给船舶结构振动控制提供了一种新的途径。
作者：	陈建峰
专业：	工程力学
导师：	余音
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文