支架的振动控制α.pdf

第 17 卷　第 1 期 应 用 力 学 学 报 . 17　 . 1 V o l N o 2000 年 3 月 CH INESE JOURNAL OF APPL IED M ECHAN ICS M ar. 2000 支架的振动控制 田晓耕　沈亚鹏　张元冲　　　　陈　儒　　 ( ) ( ) 　　　　　 西安交通大学　西安　710049 　　　　　 中国工程物理研究院　成都　610003 摘　　要 利用H am ilton 原理, 考虑压电材料的机电耦合效应, 建立含压电材料结构的有 限元控制方程。采用数值分析方法研究了支架振动的主动控制、主被动联合控制和振 动隔离, 对改善支架动态特性有实用价值。 关键词: 速度反馈; 振动主动控制; 机电耦合; 隔振 1　引　言 支架是航天结构中一种常用支撑结构。许多重要部件都需通过支架和母体结构相连。由 于工作在高速、动态的恶劣环境中, 支架极易被诱发振动, 严重影响其上部件的工作可靠性。传 统的减振办法是在结构上粘贴阻尼材料, 通过增加系统阻尼抑制结构振动, 这种方法针对性 差, 控制效率低, 特别是不能有效抑制结构在低频段的振动。随着对机敏材料认识的不断深入 和计算机等相关技术的发展, 机敏材料在振动控制领域受到普遍关注。 压电材料是振动控制中应用最广的一种机敏材料, 它具有体积小、对结构特性影响小、灵 敏度高、响应速度快等优点。将压电材料粘贴在被控结构表面或嵌入内部, 实现结构振动的主 [ 1 ] 动控制 ; 也可以将主动控制和约束层阻尼振动控制结合, 形成控制效率更高的主被动联合振 [ 2 ] [ 3 ] 动控制 ; 还可以将压电片在厚度方向叠加成压电推, 隔离基础引起的振动 。 本文从机电耦合的一般理论出发, 应用H am ilton 原理, 建立了含压电材料结构的有限元 控制方程, 分析不同控制策略下支架的减振效果, 为改善支架的动态特性提供理论基础。 2　有限元控制方程 对于线性压电材料, 在准静态电场及不考虑磁场效应条件下本构方程为 {} = [C ]{} - [d ]{E } T ( 1) {D } = [d ] {} + [ ]{E } ( ) 国家自然科学基金 , 航空基金和国家教委博士点基金资助 来稿日期: 修回日期: © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 第 1 期 支架的振动控制 137 其中{}、{} 分别是应力和应变矢量, {E }、{D } 是电场强度和电位移矢量, [C ] 是弹性常数矩 阵, [d ] 是压电应力系数, [ ] 是夹持介电常数矩阵。由H am ilton 原理