壓電曲殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力形狀控制及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著電子機(jī)械、航空航天以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對(duì)智能材料和智能結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制系統(tǒng)的研究具有越來越重要的意義。壓電材料作為智能材料的一種，由于其可操作性能優(yōu)異、反應(yīng)迅敏等特點(diǎn)，適用于結(jié)構(gòu)尤其是需要較高控制精度結(jié)構(gòu)的形狀及振動(dòng)控制，通過壓電材料實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)不同的形狀控制成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。特別是對(duì)于需要考慮荷載環(huán)境變化或外形姿態(tài)調(diào)整要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靜力形狀控制已經(jīng)不能滿足工程需求，動(dòng)力形狀控制的研究近年來開始出現(xiàn)。另外，曲殼結(jié)構(gòu)常見

2、于很多工程領(lǐng)域，而目前的形狀控制大多采用平殼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于曲殼時(shí)，將帶來計(jì)算成本和控制成本的增加，因此本文研究了利用壓電作動(dòng)器控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)力形狀及優(yōu)化問題。
　　首先，本文對(duì)表面粘貼壓電作動(dòng)器的曲殼結(jié)構(gòu)，給出了八節(jié)點(diǎn)空間曲殼單元的有限元列式，用約束方程連接主殼結(jié)構(gòu)和壓電作動(dòng)器，形成了含壓電曲殼作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)動(dòng)力有限元方程;以時(shí)變的結(jié)構(gòu)理想形狀和控制形狀之間的位移方差最小化為控制目標(biāo)，考慮作動(dòng)器電壓作為控制變量，結(jié)合Newmark積分方

3、法推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)動(dòng)力形狀控制方程的時(shí)域離散表達(dá)式，并引入Kuhn-Tucher條件進(jìn)行求解，得到壓電作動(dòng)器上各個(gè)單元的最優(yōu)電壓，實(shí)現(xiàn)壓電曲殼作動(dòng)器對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力形狀控制。
　　然后，在空間曲殼單元基礎(chǔ)上，將基體材料由單層各向同性材料拓展到各向異性復(fù)合材料，根據(jù)分層分析理論對(duì)層合曲殼沿厚度方向分段積分求解單元?jiǎng)偠汝?，推?dǎo)了壓電層合曲殼結(jié)構(gòu)的有限元列式。利用Newmark積分與Kuhn-Tucher條件實(shí)現(xiàn)了壓電層合曲殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力形狀控制。