文档介绍：硕士学位论文
基于压电智能复合材料的振动主动控制
ACTIVE VIBRATION CONTROL BASED ON
PIEZOELECTRIC POSITE
高乐
2012 年 7 月
国内图书分类号: TB333 学校代码:10213
国际图书分类号: 621 密级:公开
工学硕士学位论文
基于压电智能复合材料的振动主动控制
硕士研究生: 高乐
导师: 闫相桥教授
申请学位: 工学硕士
学科: 工程力学
所在单位: 航天学院
答辩日期: 2012 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TB333
: 621
Dissertation for the Master Degree in Engineering
ACTIVE VIBRATION CONTROL BASED ON
PIEZOELECTRIC POSITE
Candidate: Gao Le
Supervisor: Prof. Yan Xiangqiao
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Engineering Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要
飞机的机动性、稳定性、可靠性及续航时间等都会影响一场战役的结果。双
垂尾的飞机在大攻击角飞行时,其前部机身或机翼上会产生非定常的、紊乱的涡
流,涡流载荷通常以弯矩和扭矩的形式反复作用在飞机的垂直尾翼上。当这种涡
流载荷的频带覆盖飞机垂尾低阶固有频率时,会引起垂尾巨大的振动和动态应
力,使得垂尾结构产生过早的疲劳损伤,严重影响了飞机的战斗力和可靠性。
宏纤维复合材料(Macro posite, MFC)作为压电智能复合材料的一
种类型,不仅具有高应变驱动效率,而且能够实现定向驱动、定向传感。由于其
极好的挠性,MFC 能够粘贴在曲面结构上,有效地控制垂尾结构所产生振动,
从而增加飞机的使用寿命降低维护成本。本文以 MFC 在垂尾结构上振动主动控
制的应用为研究背景,对 MFC 的驱动机理和传感机理进行了研究,建立了简化
的垂尾结构有限元模型并进行了振动控制仿真分析,以及开展了垂尾结构的振动
主动控制实验。本文的主要内容为:
(1)根据宏纤维复合材料的结构特性将其简化成横观各向同性材料,简化出
了 MFC 的三维线弹性—压电方程。分别基于应用 d31 效应的 P2 型 MFC 和应用 d33
效应的 P1 型 MFC 来探讨板结构表面粘贴宏纤维复合材料的驱动机理和传感机
理,最后推导出了 MFC 作为驱动器的驱动弯矩方程和和作为传感器的传感电压
方程。
(2)采用有限元软件 ABAQUS 建立了 MFC 的有限元模型,仿真分析了 MFC
的正压电效应和逆压电效应。然后对几种飞机垂直尾翼结构的简化模型进行模态
分析,最后使用 UAMP 子程序来实现几种飞机垂直尾翼结构的简化模型的振动
控制仿真分析,并通过等效阻尼比来衡量减振效果。
(3)进行了垂直尾翼结构振动主动控制实验,测得了不同激励作用下不同贴
片位置的振动响应。实验结果进一步验证了宏纤维复合材料在实现垂尾结构减振
方面应用的可行性。
关键词:宏纤维复合材料;振动主动控制;垂直尾翼结构;有限元仿真
I
Abstract
Abstract
The maneuverability, stability, reliability and cruise duration of the aircraft can
affect the results of a war. Front fuselage and airfoil of the two-tail aircraft can
produce unsteady and disordered eddy currents at a high angle of attack flight
conditi