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风致振动的行波壁仿生流动控制研究
| 论文题名： | 风致振动的行波壁仿生流动控制研究 |
| 关键词： | 风致振动;大跨度桥梁结构;行波壁仿生流动控制;压电陶瓷驱动器 |
| 摘要： | 随着现代桥梁跨度的不断增大,桥梁结构变得越来越柔,桥梁结构的阻尼也不断降低。当桥梁在动力荷载作用下,其更容易产生振动,因此桥梁对风的敏感性不断增加,大跨度桥梁结构在风的作用下极易发生风致振动。风致振动成为大跨度桥梁设计不可忽略的控制因素之一,因此,开展风致振动的流动控制研究具有重要的意义。本文选择一种新型的主动流动控制方法——行波壁仿生流动控制法,通过在结构表面产生柔性的行波壁,抑制边界层的流动分离从而抑制结构的风致振动。本文通过采用智能材料/MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)技术来集成行波壁仿生控制系统,选取了两种智能材料驱动器:一种是压电陶瓷驱动器,一种是离子聚合物金属复合材料IPMC(IonicPolymerMetalComposites)驱动器;并且对压电陶瓷驱动器集成的行波壁仿生系统进行了流动控制的风洞试验,研究了该系统的流动控制效果。本文主要研究内容包括: 首先,选取THUNDER(THinUNimorphDrivER)压电陶瓷驱动器,测试了驱动电压与其驱动位移之间的关系,并通过压电陶瓷的本构关系,对压电陶瓷驱动器的驱动位移进行了理论计算,将计算结果与试验结果进行比较分析。 其次,用多个THUNDER压电陶瓷驱动器,集成行波壁仿生控制系统,分析行波壁系统主要参数的控制因素,并对该行波壁系统通过风洞试验,研究其对边界层流动分离的抑制效果,结果表明行波壁仿生系统对于流动控制有一定的效果。 然后,通过一定的制备工艺,制备了另一种柔性的智能材料驱动器——离子聚合物金属复合材料IPMC驱动器,选取了两种金属铂Pt和银Ag来作为IPMC的电极。 最后,对制备好的IPMC驱动器的驱动位移进行了测试,结果表明IPMC驱动器较压电陶瓷驱动器的驱动位移大10倍左右,并且所需电压幅值比压电陶瓷驱动器低很多。同样还利用多个IPMC驱动器集成了行波壁仿生控制系统。 |
| 作者： | 王小龙 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 李惠 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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