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第卷第期力学季刊.
年月.
层叠式压电作动器及圆柱壳的振动主动控制
张亚红,张希农,谢石林
四蜜交通大学。工程力学系/强度与振动教育部重点实验室。西安
摘要:设计了一个层叠式压电作动器用于壳结构的振动控制。考虑压电层、粘接层、壳体耦合关系,推导
表面局部粘贴层叠式压电作动器的圆柱壳的振动控制方程,给出了作动力与压电层和粘接层层数、厚
度之阳的关系以及作动力与作动器粘贴位置之间的关系。针对一端固定、另一端自由的圆柱壳,进行了振动控
制仿真。结果表明层叠式压电作动器作动力与作动器层数近似成线性关系,增大作动器层数能有效增大
作动力,在低控制电压下能显著抑制圆柱壳振动,作动器周向不完全粘贴时,在径向产生的径向作动力对壳体横
向振动控制非常有利。说明层叠式压电作动器是一种可用于壳体结构振动并具有良好作动效果的作
动器。
关键词:层叠式压电作动器;圆柱壳;振动控制
中图分类号:; 文献标识码: 文章编号:———

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高分子多功能材料压电薄膜与压电陶瓷相比,其制作成本低,易成形,重量轻,柔软可弯
曲,耐力学冲击,具有形状可与任意被测表面完全粘合的优点。但由于材料的介电常数远比
材料的介电常数小,在电场的作用下可产生较大的变形,但不能产生足够的作动力,因此在结构振动控制
领域,人们普遍采用压电薄膜制作传感器,采用材料制作作动器。但材料脆性大,难于制
收稿日期:——
基会项目:国家自然科学基金资助;教育部重点资助项目
作者简介:张亚红。女,
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力学季刊第卷
备成曲面形状。因此,对于表面形状复杂的结构进行控制,要使压电作动器与结构表面完全粘合,柔软可
弯曲的压电薄膜比压电片具有优越性。近几年,采用材料制作作动器对结构进行振动
控制已有一些研究。文献采用单层压电薄膜作为作动器,研究了汽车车身的主动振动控
制;文献采用半解析有限元法研究了压电作动器用于圆柱壳振动控制时,其粘贴位置对结果的
影响。..等人采用压电作动器,研究了多种壳体的振动问题¨ 。上述研究中采用的都是
单层作动器。由于单层作动器的作动力较小,因而产生的振动抑制效果有限。文献,提
出了一种书本式作动器,即将多个结构尺寸、材料参数相同的压电片层叠粘贴,在每个压电片上施加相同
的电压,使每层压电片变形伸缩一致,构成一个形如垒在一起的书本的压电作动器,采用该作动器对梁和
板的振动控制进行了研究,证明了书本式作动器具有较大的作动力。本文基于文献的思想,设计了一
个层叠式压电作动器,将其用于圆柱壳结构的振动控制,得到了较好的振动抑制效果。
具有层叠式压电作动器的圆柱壳的振动控制方程
图所示的是附加层叠式压电作动器的圆柱壳结构。设圆柱壳中曲面半径为,壳体厚度为
, 长度为,采用柱坐标系、、。设作动器层数为,每层压电层材料完全相同,各粘接层材料亦相
同。参数、、、、。、分别表示压电薄膜的厚度、材料弹性模量、泊松比以及粘接层的厚度、材
料弹性模量、泊松比,