光致形狀記憶殼智能結構的多場耦合與振動控制研究.pdf

1、智能結構將智能材料作為傳感器和作動器直接作用結構本身，與電子控制模塊一起構成分布式控制系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的集成度、控制精度及可靠性。薄殼結構在航空、航天、機械等領域中應用廣泛。由于薄殼結構的質量輕、柔性大，振動難以迅速衰減，因此薄殼結構的振動控制非常重要。光致形狀記憶聚合物具有密度小、變形大、變形過程中溫度變化小、非接觸式控制的特性，是一種非常有應用前景的新型智能材料。光致形狀記憶作動器通過光彈耦合效應作用于薄殼結構，可以改變薄殼結構的

2、剛度并進行振動控制。
　　本文研究光致形狀記憶聚合物的光彈耦合效應，根據不同類型材料的作動機理，基于化學動力學理論對光致形狀記憶聚合物的本構關系進行建模，最終建立了通用的本構關系模型，同時對無初始應變和有初始應變兩種情況，給出本構關系的具體表達式。本文合成了含有螺吡喃的光致形狀記憶聚合物材料，制備光致形狀記憶聚合物試樣，測量了材料的吸光度等基本參數(shù)及性能，對試樣進行紫外光照射下的單軸拉伸和雙軸拉伸實驗。測量了作動器在無初始應變狀態(tài)

3、下楊氏模量隨光照時間變化的特性，及有初始應變狀態(tài)下應力隨光照時間變化的規(guī)律。根據實驗結果驗證本構關系模型的正確性。
　　對光致形狀記憶層合薄殼結構的應變和應力進行分析，基于哈密頓變分原理，建立光致形狀記憶層合薄殼結構的光彈耦合動力學方程。將動力學方程簡化到光致形狀記憶層合開口圓柱殼、圓錐殼及開口圓環(huán)殼結構，驗證動力學模型的正確性。通過模態(tài)疊加法推導了光致形狀記憶薄殼結構的獨立模態(tài)控制過程，以及光致形狀記憶作動器的模態(tài)控制力。

4、>　　基于光致形狀記憶聚合物在無初始應變時的楊氏模量變化特性，對光彈耦合結構的固有頻率進行控制。分別選取一維懸臂梁結構和二維圓柱殼結構作為研究對象，通過層合圓柱殼理論對圓柱殼在光照下的固有頻率改變過程進行分析，將層合圓柱殼的動力學模型簡化到層合懸臂梁結構，根據歐拉梁理論分析懸臂梁的固有頻率。為了拓寬光致形狀記憶作動器的頻率控制范圍，設計了變長度作動器，通過層合階梯梁理論對懸臂梁結構的固有頻率進行研究。制作光致形狀記憶作動器彈性梁結構，通

5、過實驗驗證作動器對懸臂梁結構的固有頻率控制效果。
　　利用光致形狀記憶聚合物的形狀記憶特性，對圓環(huán)殼結構和拋物柱殼結構進行獨立模態(tài)振動控制。研究光致形狀記憶作動器對圓環(huán)結構在簡諧激勵下的振動抑制效果。針對光致形狀記憶作動器的非線性特征，采用相位偏移法和神經網絡控制兩種方法，通過控制光強的手段提高作動器對圓環(huán)振動控制的效果。根據光致形狀記憶作動器易于成型和施加初始應變的特點，設計二維剪切式光致形狀記憶作動器。分析光致形狀記憶作動器在