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

1、隨著電子機械、航空航天以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域的快速發(fā)展，對智能材料和智能結(jié)構(gòu)的主動控制系統(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，適用于結(jié)構(gòu)尤其是需要較高控制精度結(jié)構(gòu)的形狀及振動控制，通過壓電材料實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)不同的形狀控制成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點。特別是對于需要考慮荷載環(huán)境變化或外形姿態(tài)調(diào)整要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計，靜力形狀控制已經(jīng)不能滿足工程需求，動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，將帶來計算成本和控制成本的增加，因此本文研究了利用壓電作動器控制結(jié)構(gòu)的動力形狀及優(yōu)化問題。
　　首先，本文對表面粘貼壓電作動器的曲殼結(jié)構(gòu)，給出了八節(jié)點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)和壓電作動器，形成了含壓電曲殼作動器的結(jié)構(gòu)動力有限元方程;以時變的結(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，考慮作動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)動力形狀控制方程的時域離散表達式，并引入Kuhn-Tucher條件進行求解，得到壓電作動器上各個單元的最優(yōu)電壓，實現(xiàn)壓電曲殼作動器對結(jié)構(gòu)的動力形狀控制。
　　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)分層分析理論對層合曲殼沿厚度方向分段積分求解單元剛度陣，推導(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條件實現(xiàn)了壓電層合曲殼結(jié)構(gòu)的動力形狀控制。