压电智能结构有限元动力模型及其振动主动控制的研究①.pdf

孙立宁等：压电智能结构有限元动力模型及其振动主动控制的研究 压 电智能结构有限元动力模型及其振动主动控制的研究① 孙立宁② 楚中毅④ 曲东升 崔 晶 (哈尔滨工业大学机器 研究昕 哈 滨 150006) 摘 要 推导了压电智能结构的有限元动力方程；应用模态控制理论对结构振动主动控 制的啄理和策略进行了讨论，利用两种反 控制律研究了智能结构振动抑制的问题，最后 应用本文方法对一新型2一DOF平面并联压电智能杆机构进行了振动主动控制实验研究， 结果表明系统的稳定时间从抑振前的488ms缩短到了抑振后的115rrL~，验证 了本文方法的 有效性。 关键词 压电，智能结构，振动主动控制，振动抑制 后通过对一新型2一DOF平面压 电智能杆机构的实 0 引 言 验研究验证了本文方法的有效性 近年来，随着科学技术的进步，特别是航空、航 天、机器人技术的发展，柔性结构的振动控制已经成 l 智能梁有限元动力模型 为人们研究的热点和迫切需要解决的问题之一 而 1．1 本构方程 近十几年来发展起来的智能结构技术为这一问题的 压电材料的线性本构方程可以表示为： 解决开拓了一个崭新的领域。用于振动控制的智能 d}= [c]{￡ e]{E} … 结构中，多用压电材料作传感器和驱动器，将其贴于 D}：Ee “ E} () 梁、板、壳等结构元件的表面或嵌入 内部，构成压电 式中，{ 、D}、{e}、E}分别为应力、电位移、应变 智能结构，安装在结构上的压电元件，在受到交变电 及电场强度向量，[c]、[e]、[]分别为压电材料弹 场的作用时，产生交变的伸缩变形，当它与由于结构 性系数阵、压电系数阵及介电系数阵。 振动而引起的结构变形相反时，产生控制作用，从而 弹性材料的本构方程可以表示为： 抑制结构振动。 {d}= [C]￡} (2) 压电智能梁是智能结构的一个重要组成部分， 其中{}、{e}、{C}分别为主结构材料的应力、应变 许多工作者致力于它的研究，ThomasBaileyll最早于 及弹性常数阵。 1985年将压 电薄膜应用于梁的振动控制；S．J． 1．2 有限元动力方程的建立 KimE B．BonaE3J等分别对压电驱动器的设计、智能 、 通过引入单元位移和电势的插值函数，单元位 梁动力模型的建立进行了分析；C．C．ChengE还提出 移及电势场函数的表达式如下： 了阻抗技术方法对压电驱动结构进行了讨论和数学 {u}=[^ⅢITu} 建模；孙东昌EsJ、王宗利 分别运用分布压电单元