壓電陶瓷在桁架結(jié)構(gòu)主動減振中的應(yīng)用研究.pdf

1、本文針對桁架結(jié)構(gòu)的減振問題,采用壓電陶瓷設(shè)計桿式和有復(fù)雜傳力機(jī)構(gòu)式兩種壓電堆式阻尼器,并應(yīng)用這兩種阻尼器對直梁式桁架、工型桁架和平臺式桁架結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行主動減振和分流式減振。對直梁式桁架和工型桁架的減振主要以驗(yàn)證減振效果為目的,對平臺式桁架則提出以對有效載荷振動位移最小為減振目標(biāo)。主動式減振應(yīng)用LQR法和模糊控制兩種方法,分流式減振采用電阻式壓電堆分流電路。仿真結(jié)果表明:與LQR法相比,模糊控制方法更依賴于精確模型,其智能性更高,更適合于

2、模型不精確的大型結(jié)構(gòu),達(dá)到減振精度所需要的時間更短;主動控制需要設(shè)計控制器,而分流壓電堆式阻尼器只需外接電阻等簡單電路元件即可,這在實(shí)際應(yīng)用時前景頗佳;兩種阻尼器均既可用于主動式減振,又可用于分流式減振,但是有復(fù)雜傳力機(jī)構(gòu)的阻尼器不適用于直接替換桁架桿件,而桿式阻尼器不適用于彎矩不可忽略的結(jié)構(gòu),兩種阻尼器使用場合不同。
　　本文的主要內(nèi)容如下:
　　首先,根據(jù)壓電材料的本構(gòu)方程推導(dǎo)出壓電堆的機(jī)電耦合方程,根據(jù)此方程采用PZT

3、材料作為壓電堆材料,設(shè)計桿式壓電阻尼器和復(fù)雜傳力機(jī)構(gòu)壓電堆式阻尼器,并根據(jù)模型分別建立二者在桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)坐標(biāo)系下的動力學(xué)方程。
　　其次,建立直梁、工型、平臺式三種桁架結(jié)構(gòu),并對三者的模態(tài)、頻響動力學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。分析結(jié)果表明大型桁架主要呈現(xiàn)低頻、重頻、密集模態(tài)特性,而且有智能桿的桁架結(jié)構(gòu)與無智能桿的桁架結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性略有不同,這在實(shí)際應(yīng)用中要給予充分考慮,但是本文以驗(yàn)證減振效果為目的,因此不考慮此差異性。
　　再次,首

4、先應(yīng)用LQR法,以指定目標(biāo)點(diǎn)的位移最小為減振指標(biāo),采用遺傳算法優(yōu)化10個桿式壓電阻尼器的位置,對直梁式桁架和工型桁架進(jìn)行最優(yōu)主動減振控制。然后采用獨(dú)立模態(tài)法,應(yīng)用Fuzzy-PID控制法對直梁式桁架和平臺式桁架進(jìn)行主動振動控制。結(jié)果表明,模糊控制達(dá)到減振精度的時間更短。
　　最后,采用具有復(fù)雜傳力機(jī)構(gòu)的阻尼器對平臺式桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓電堆分流減振控制,將壓電阻尼轉(zhuǎn)化為等效的結(jié)構(gòu)阻尼加到結(jié)構(gòu)上,取有效載荷中心點(diǎn)為觀測點(diǎn),仿真其有阻尼和自