流体环境中振荡压电纤维致动柔性结构的水动力精密测量系统

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作者 杨慕林 娄军强 +3 位作者 陈特欢 陈海荣 魏燕定 李国平 《振动工程学报》 北大核心 2025年第5期994-1001,共8页

本文建立了压电宏纤维(MFC)致动柔性结构的流固耦合动力学模型。提出了测量水下MFC致动柔性结构所受水动力的悬臂式测量机构,并给出设计指标。对悬臂式测量机构进行了实际参数标定,实验测量了MFC致动柔性结构在不同激励条件下所受水动... 本文建立了压电宏纤维(MFC)致动柔性结构的流固耦合动力学模型。提出了测量水下MFC致动柔性结构所受水动力的悬臂式测量机构,并给出设计指标。对悬臂式测量机构进行了实际参数标定,实验测量了MFC致动柔性结构在不同激励条件下所受水动力的动态变化过程,将获得的水动力分解为附加质量力和流体阻尼力分量,计算得到对应的惯性系数以及阻力系数随激励参数的变化情况。实验结果表明:当水下柔性结构振荡频率从2.5 Hz增大到其水下固有频率3.1 Hz时,其末端摆幅从3.67 mm增至最大值4.23 mm;相应地,其所受水动力载荷幅值从86.16 mN迅速增加到184.83 mN;而当振荡频率继续增大到4.0 Hz时,其所受水动力载荷的变化显著减小,变化幅度不超过15%。所提出的水动力测量方法以及实验结果为流体环境中智能柔性结构的设计分析提供了参考。 展开更多

关键词 流固耦合振动 压电宏纤维 水下柔性结构 水动力测量

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基于宏纤维复合材料的泵喷导管振动控制研究

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作者 乌德木 严斌 吴文伟 《船舶力学》 北大核心 2025年第2期288-299,共12页

泵喷推进器在工作过程中会产生结构噪声。常规材料加工的泵喷推进器往往结构重量大,难以进行尾部配重。而使用复合材料的泵喷推进器结构不仅可以大幅降低整体重量,还具备良好的耐腐蚀性与抗疲劳能力。本文围绕泵喷推进器复合材料导管结... 泵喷推进器在工作过程中会产生结构噪声。常规材料加工的泵喷推进器往往结构重量大,难以进行尾部配重。而使用复合材料的泵喷推进器结构不仅可以大幅降低整体重量,还具备良好的耐腐蚀性与抗疲劳能力。本文围绕泵喷推进器复合材料导管结构振动控制问题,开展基于宏纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)的结构振动主动控制系统构建及验证的相关试验建模、算法优化设计、硬件平台搭建与试验等研究。将遗传算法应用于线性二次高斯(LQG)控制器优化设计中,通过试验对优化前后的算法控制效果进行对比。针对复合材料导管搭建模型辨识平台与主动控制试验平台,通过实验建模的方法获得控制模型并在空气环境中进行了谐波激励下的振动主动控制试验,尝试将基于MFC的振动主动控制推向应用场景。 展开更多

关键词 宏纤维复合压电材料 泵喷推进器 振动控制 LQG最优控制 遗传算法

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冲击荷载下基于动力宏应变的组合梁损伤识别方法研究

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作者 李运生 贺鼎 +3 位作者 贾晓远 崔春雷 荣学亮 张彦玲 《河北科技大学学报》 北大核心 2025年第4期453-463,共11页

为了实现基于分布式长标距光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,FBG)传感器的钢-混凝土组合梁损伤识别,进行了冲击荷载下的组合梁模型试验和有限元分析,采用由动力宏应变频谱幅值构造的损伤评估指标β_(n)分别对钢梁截面损伤和栓钉连接... 为了实现基于分布式长标距光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,FBG)传感器的钢-混凝土组合梁损伤识别,进行了冲击荷载下的组合梁模型试验和有限元分析,采用由动力宏应变频谱幅值构造的损伤评估指标β_(n)分别对钢梁截面损伤和栓钉连接件损伤进行了损伤识别。结果表明:将长标距FBG传感器沿纵向连续布置在钢梁下表面,钢梁损伤区域传感器的宏应变明显增大,根据评估指标β_(n)>0可判定该传感器范围内发生了钢梁截面损伤,且该指标对钢梁裂纹在腹板上的扩展高度较下翼缘上的扩展宽度更为敏感;对于栓钉损伤,可通过在结合面上、下成对布置长标距传感器,将对应的宏应变时程作差得到滑移宏应变时程,进而基于滑移宏应变频谱幅值得到的评估指标β_(n),并采用两阶段识别法,可较好地识别栓钉损伤位置。对分布式长标距传感器进行合理布置,可实现对钢-混凝土组合梁中各组成构件,尤其是属于隐蔽构件的连接件的损伤识别。 展开更多

关键词 组合结构 钢-混凝土组合梁 损伤识别 动力宏应变 光纤光栅传感器 冲击荷载

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基于均一化模型的MFC悬臂梁静态变形分析 被引量：1

4

作者 盛贤君 周少征 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第1期98-101,共4页

采用基于平面应力假设和二维周期性位移场假设的均一化模型分析了P1型粗压电纤维复合材料(MFC)致动器的宏观性质,研究了该模型对于MFC悬臂梁静态变形分析的适用性。ANSYS仿真结果表明,该模型适用于分析MFC悬臂梁静态变形,采用该均一化... 采用基于平面应力假设和二维周期性位移场假设的均一化模型分析了P1型粗压电纤维复合材料(MFC)致动器的宏观性质,研究了该模型对于MFC悬臂梁静态变形分析的适用性。ANSYS仿真结果表明,该模型适用于分析MFC悬臂梁静态变形,采用该均一化模型与不采用均一化模型相比,悬臂梁挠度的相对误差不超过5.77%,且该均一化模型中压电应力矩阵的e32分量对梁挠度的影响(e32效应)为次要因素。在采用该均一化模型的基础上进一步忽略其e32效应与原均一化模型相比,粱挠度的相对误差不超过1.36%。 展开更多

关键词 粗压电纤维复合材料(mfc) 均一化模型 宏观性质 压电悬臂梁 ANSYS分析

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基于MFC的结构静态形状控制研究 被引量：2

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作者 刘宽 武文华 +1 位作者 周文雅 王晓明 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期571-576,共6页

宏纤维复合材料MFC(Macro Fiber Composite)具有体积小、主动控制适用性强、作动效果好等特点。本文开展了宏纤维复合材料MFC对结构静态形状主动控制研究。建立了悬臂梁结构有限元模型,并采用载荷比拟法计算得到了MFC压电作动器的驱动... 宏纤维复合材料MFC(Macro Fiber Composite)具有体积小、主动控制适用性强、作动效果好等特点。本文开展了宏纤维复合材料MFC对结构静态形状主动控制研究。建立了悬臂梁结构有限元模型,并采用载荷比拟法计算得到了MFC压电作动器的驱动载荷。基于数值分析结果,搭建了悬臂梁结构主动控制实验平台,分析了不同加载电压下的悬臂梁的弯曲变形效果,进而分析MFC结构在静态形状控制中的力学性能。数值仿真和实验结果表明:在不同的静态电压加载下,结构的变形和加载电压近似呈线性关系;仿真和实验结果对比中呈现出较好的一致性,其最大位移误差为12.45%。最后讨论了MFC压电作动器自身时间蠕变特性对静态变形控制实验结果产生的影响,结果表明在大电压作用下MFC材料存在蠕变效应,在实际使用过程中需要关注。本文采用以悬臂梁为载体的实验和仿真研究方法对在其他横观各向同性材料的压电材料力学性能分析具有普遍适用性。 展开更多

关键词 宏纤维复合材料 形状控制 载荷比拟法 蠕变

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纤维层厚和叉指电极间距对MFC电输出性能的影响 被引量：7

6

作者 谢焰 周静 +1 位作者 沈杰 杨雄 《硅酸盐通报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期4193-4197,共5页

采用层叠-切割法制备了不同纤维层厚度的高固含量MFC压电纤维复合材料。通过改变其叉指电极间距,探讨MFC结构对其电输出性能的影响。结果表明,纤维层厚度适当增加,叉指电极间距适当减小均能提高MFC俘能器的输出电压,改变纤维层厚度还可... 采用层叠-切割法制备了不同纤维层厚度的高固含量MFC压电纤维复合材料。通过改变其叉指电极间距,探讨MFC结构对其电输出性能的影响。结果表明,纤维层厚度适当增加,叉指电极间距适当减小均能提高MFC俘能器的输出电压,改变纤维层厚度还可以调节MFC的谐振频率。当纤维层厚度为0.3 mm、叉指电极间距为0.5 mm时,MFC悬臂梁俘能器在负载为1000 kΩ时的输出功率为4.8μW,功率密度为18 m W/m^2,且具有良好的输出稳定性。 展开更多

关键词 压电纤维复合材料 电输出 悬臂梁俘能器

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MFC致动器的动态迟滞模型辨识及补偿控制 被引量：4

7

作者 卢荣华 陈特欢 +1 位作者 娄军强 崔玉国 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期301-308,共8页

压电宏纤维(marco fiber composite,MFC)具有柔性好、变形能力强的优点,但MFC致动器驱动的柔性臂的迟滞非线性严重影响系统定位精度。提出一种具有非对称性的改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,解决经典PI迟滞模型的缺陷(对称性);该... 压电宏纤维(marco fiber composite,MFC)具有柔性好、变形能力强的优点,但MFC致动器驱动的柔性臂的迟滞非线性严重影响系统定位精度。提出一种具有非对称性的改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型,解决经典PI迟滞模型的缺陷(对称性);该模型基于经典PI迟滞模型,叠加一系列不同权重、不同阈值的双边死区算子获得,基于最小二乘法的迟滞模型辨识结果表明,改进PI迟滞模型对MFC致动器的迟滞建模误差从PI迟滞模型误差的16.06%降到5.58%。另外,建立系统的离散传递函数模型来描述系统的线性动态特性,并与改进PI迟滞模型串联得到组合模型,解决纯迟滞模型仅能描述低频、准静态情况下的迟滞特性问题。在前馈补偿下,对MFC致动的柔性臂进行正弦波轨迹跟踪试验,测得补偿后实测位移与期望跟踪位移基本吻合,跟踪精度达到93.62%以上。试验结果证明,所提出的改进PI迟滞模型、离散传递函数模型及补偿方法的有效性。 展开更多

关键词 压电宏纤维(mfc) 迟滞非线性 双极性非对称 改进Prandtl-Ishlinskii(PI)迟滞模型 离散传递函数模型 前馈补偿

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基于MFC的复合型仿生鱼尾的振动性能 被引量：3

8

作者 官源林 李华峰 杨熙鑫 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2013年第S2期165-168,227,共5页

为了研制水下航行器来进行海洋探测,早期的研究以AUV为主,随着仿生学的出现,仿生水下推进器开始被研究,仿生鱼成为被研究的对象。为克服目前仿生鱼的固有缺陷,提出了一种复合型仿生鱼尾方案,选用驱动和基板材料分别为粗压电纤维复合材料... 为了研制水下航行器来进行海洋探测,早期的研究以AUV为主,随着仿生学的出现,仿生水下推进器开始被研究,仿生鱼成为被研究的对象。为克服目前仿生鱼的固有缺陷,提出了一种复合型仿生鱼尾方案,选用驱动和基板材料分别为粗压电纤维复合材料(macro fiber composite,简称MFC)和特制的玻璃纤维增强型复合材料,两种各向异性材料结合能使鱼尾像鱼一样产生各种复杂的动作。首先,制备玻璃纤维增强型复合材料,并测量材料的性能;其次,搭建了实验系统进行鱼尾振动性能测试。实验发现,当施加峰峰值电压为700V、频率为9Hz时,末端最大弯曲位移为7.122mm,摆动角度达到28.37°。 展开更多

关键词 粗压电纤维复合材料(mfc) 玻璃纤维复合材料 仿生鱼尾 环氧树脂

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MFC驱动主动反射器形面的有限时间动态变形控制 被引量：3

9

作者 卢志荣 王晓明 周文雅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第4期325-332,共8页

利用智能压电作动器可实现反射面天线的形面主动调整,提升形面精度和信号传输性能。常规的静态形面控制策略仅能估计作动器的末端电压值,实际电压加载过程易引发柔性反射面结构的瞬态动力学响应和残余振动,难以实现高精度动态形面控制效... 利用智能压电作动器可实现反射面天线的形面主动调整,提升形面精度和信号传输性能。常规的静态形面控制策略仅能估计作动器的末端电压值,实际电压加载过程易引发柔性反射面结构的瞬态动力学响应和残余振动,难以实现高精度动态形面控制效果,且影响系统稳定性。为此,该研究以宏纤维复合材料(macro fiber composites, MFC)驱动的抛物面形反射器为对象,研究有限时间的动态形面控制算法。首先,基于有限元模型推导控制方程,并将控制问题转化为有限时间的时变LQ终端控制和跟踪控制问题,进而通过求解微分Riccati方程组(differential Riccati equations, DREs)得到反馈–前馈时变控制律。结果表明,利用所提有限时间动态变形控制算法,可实现连续、平滑的反射器动态形面调整效果,避免了电压加载过程激发的结构附加振动,可有效提升这类主动反射器的静态、动态控制性能。 展开更多

关键词 主动反射器 形面控制 宏纤维复合材料(mfc) 附加振动 有限时间

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含MFC智能层的复合材料层合板自由振动研究 被引量：1

10

作者 赵宽飞 郝育新 陈静 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2020年第1期79-88,204,共11页

在一阶剪切变形板理论的基础上,提出一种考虑之子函数影响的位移场。根据给定的位移场,利用瑞利-里兹法和切比雪夫多项式,考虑机电耦合特性,分别求出含有智能压电宏观纤维复合材料层(macro fiber composite,简称MFC)的碳纤维增强复合材... 在一阶剪切变形板理论的基础上,提出一种考虑之子函数影响的位移场。根据给定的位移场,利用瑞利-里兹法和切比雪夫多项式,考虑机电耦合特性,分别求出含有智能压电宏观纤维复合材料层(macro fiber composite,简称MFC)的碳纤维增强复合材料层合悬臂板在开路与通路两种电学边界条件下自由振动的固有频率,讨论不同铺层方式、宽厚比、长宽比以及不同的外电压状态下,MFC智能层对碳纤维增强复合材料层合板固有频率的影响。研究结果表明,MFC智能层对所研究系统的固有频率影响显著,可以通过控制MFC智能材料的通电电压来实现对复合材料层合板振动特性的控制。 展开更多

关键词 之子函数 瑞利-里兹法 固有频率 宏观纤维复合材料

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基于多个MFC激励器的复合材料宽弦风扇叶片模态测试 被引量：1

11

作者 黄丹丹 陈勇 《航空发动机》 北大核心 2020年第5期78-85,共8页

为了研究复合材料风扇叶片响应特性,利用压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)激励器对复合材料宽弦风扇叶片进行模态测试。将测试结果与有限元仿真值进行比较,分析风扇叶片不同MFC单独激励和组合激励下的响应特性。设计了MFC... 为了研究复合材料风扇叶片响应特性,利用压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)激励器对复合材料宽弦风扇叶片进行模态测试。将测试结果与有限元仿真值进行比较,分析风扇叶片不同MFC单独激励和组合激励下的响应特性。设计了MFC激励器激励系统,采用MFC单独激励和组合激励的方法,实现快速正弦扫频激励信号激励,借助扫描式激光测振仪测量叶片上关注测点的振动响应。结果表明:MFC激励下风扇叶片的响应与MFC覆盖位置处对应的MFC纤维极化方向的应变大小、MFC纤维方向和测点选择有关;不同位置的MFC激励叶片,叶片各阶模态响应有差异。该结果可用于宽弦风扇叶片的MFC激励器/传感器控制方法的进一步研发和风扇叶片的振动特性分析。 展开更多

关键词 压电纤维复合材料激励器 复合材料宽弦风扇叶片 模态测试 航空发动机

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基于PS_oC3的MFC驱动系统

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作者 张本锋 李华峰 狄思思 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2013年第S2期169-173,227,共6页

设计了一种基于嵌入式芯片PSoC3的用于压电纤维复合材料(macro fiber composite,简称MFC)的驱动控制器。根据MFC对驱动的要求,设计了基于IR2110的DC-DC驱动电源,供电电源输出最高电压为500V。主电路采用双电源供电的全桥逆变拓扑结构,... 设计了一种基于嵌入式芯片PSoC3的用于压电纤维复合材料(macro fiber composite,简称MFC)的驱动控制器。根据MFC对驱动的要求,设计了基于IR2110的DC-DC驱动电源,供电电源输出最高电压为500V。主电路采用双电源供电的全桥逆变拓扑结构,实现电源的直流偏置功能。同时采用正弦脉冲宽度调制技术,驱动信号波形更接近纯正的正弦波形,谐波成分大大减小。将设计的驱动器应用于MFC仿生鱼尾,实验表明电路功耗小,匹配网络适用性强。 展开更多

关键词 压电纤维复合材料(mfc) PSoC3 供电电源 正弦脉冲宽度调制(SPWM)技术 直流偏置

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用于MFC驱动的双极性任意波形驱动器设计

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作者 张本锋 李华峰 李苏楠 《科学技术与工程》 北大核心 2013年第13期3723-3727,共5页

设计了一种适合于宏纤维复合材料(MFC)等容性负载的双极性,且各极性电压单独可调的高压驱动电源。主电路由两个单极性放大电路构成。通过耦合电桥,实现系统的双极性交流驱动信号输出。采用嵌入式芯片作为主处理器,结合数字合成技术,使... 设计了一种适合于宏纤维复合材料(MFC)等容性负载的双极性,且各极性电压单独可调的高压驱动电源。主电路由两个单极性放大电路构成。通过耦合电桥,实现系统的双极性交流驱动信号输出。采用嵌入式芯片作为主处理器,结合数字合成技术,使得信号波形更纯正。放大电路由运算放大级及基于MOSFET的功率放大级组成,通过电压负反馈形成闭环控制;并通过multisim对其进行了仿真分析。将驱动电源应用于MFC仿生鱼尾。系统工作稳定,取得较好的实验效果。 展开更多

关键词 宏纤维复合材料 嵌入式芯片 数字合成技术 闭环控制

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基于MFC驱动的结构热变形物理模拟方法

14

作者 潘国港 孙士勇 杨睿 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第5期736-740,共5页

该文提出一种基于压电纤维复合材料(MFC)的结构热变形物理模拟方法,建立了悬臂梁结构热变形与MFC驱动变形的相关性方程,并与有限元仿真进行对比验证。面向复合材料层合板以结构热变形模拟为目标,利用优化的方法反求出MFC的驱动电压,从... 该文提出一种基于压电纤维复合材料(MFC)的结构热变形物理模拟方法,建立了悬臂梁结构热变形与MFC驱动变形的相关性方程,并与有限元仿真进行对比验证。面向复合材料层合板以结构热变形模拟为目标,利用优化的方法反求出MFC的驱动电压,从而指导MFC驱动实验。结果表明,对于均质悬臂梁的弯曲变形,仿真结果与理论表达式一致;面向层合板的弯扭耦合变形、MFC驱动变形与热变形的测点位移误差均在5%内,验证了该文提出的物理模拟方法的有效性。 展开更多

关键词 压电纤维复合材料 物理模拟 热变形 驱动变形 弯扭耦合

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基于MFC的悬臂梁振动抑制设计与试验研究

15

作者 毕凤霞 时军委 +1 位作者 史航 苏成利 《载人航天》 CSCD 2017年第4期493-497,共5页

为研究压电材料MFC在太阳电池翼等低频梁板结构振动抑制中的应用,搭建压电悬臂梁试验系统,辨识得到系统传递函数,分别设计了位移开关控制器、速度开关控制器以及根轨迹控制器,对控制器的实际振动抑制效果进行了试验,试验结果表明系统阻... 为研究压电材料MFC在太阳电池翼等低频梁板结构振动抑制中的应用,搭建压电悬臂梁试验系统,辨识得到系统传递函数,分别设计了位移开关控制器、速度开关控制器以及根轨迹控制器,对控制器的实际振动抑制效果进行了试验,试验结果表明系统阻尼比由原来的4%分别上升为3%、6%和5%,表明所设计的控制器在压电悬臂梁的一阶弯曲模态振动抑制中控制效果明显,分析了三种控制效果产生差异的原因,其中速度开关控制效果最好。 展开更多

关键词 压电纤维复合材料 悬臂梁 振动抑制 试验研究

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MFC在水中摆动时输出开路电压幅值研究

16

作者 胡一博 陈卫星 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第5期666-669,共4页

利用柔性压电材料从流体的流动中获取能量已成为一个研究热点。该文研究了一种压电纤维复合材料(MFC)在水中摆动激励下的压电特性,建立了MFC压电纤维片在水中摆动激励下的数学模型,并结合MFC压电纤维片的压电输出机理得出影响MFC压电纤... 利用柔性压电材料从流体的流动中获取能量已成为一个研究热点。该文研究了一种压电纤维复合材料(MFC)在水中摆动激励下的压电特性,建立了MFC压电纤维片在水中摆动激励下的数学模型,并结合MFC压电纤维片的压电输出机理得出影响MFC压电纤维片输出开路电压幅值大小的因素。最后设计搭建了MFC压电纤维片在水中摆动的试验台,利用该试验台验证了模型的正确性,并研究了MFC压电纤维片在不同摆动频率下的压电特性。结果表明,在摆角幅值为10°,摆动频率为1.75 Hz时,MFC的输出开路电压幅值取得最大值(600 mV),继续增大摆动频率,输出开路电压幅值逐渐减小。 展开更多

关键词 压电纤维复合材料(mfc) 摆动模型 压电特性 试验研究 试验台

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基于压电纤维复合材料半主动干摩擦阻尼器的设计与实验研究 被引量：1

17

作者 范雨 陈杰波 +1 位作者 吴亚光 李琳 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期227-235,共9页

针对薄壁结构的振动问题,设计了一种铺设压电纤维复合材料(Macro-Fiber Composite,MFC)的波纹形柔性干摩擦阻尼器。介绍了波纹形半主动干摩擦阻尼器的结构形式和驱动原理。通过准静态试验探究了阻尼器在不同电压序列下输入电压与输出正... 针对薄壁结构的振动问题,设计了一种铺设压电纤维复合材料(Macro-Fiber Composite,MFC)的波纹形柔性干摩擦阻尼器。介绍了波纹形半主动干摩擦阻尼器的结构形式和驱动原理。通过准静态试验探究了阻尼器在不同电压序列下输入电压与输出正压力的关系,揭示了MFC驱动变形的迟滞非线性,并据此提出了局部线性化的驱动方案,规避了迟滞非线性给正压力控制带来的挑战。在此基础上,对安装上述阻尼器的悬臂梁结构开展了振动试验。结果表明,在设计工况下该阻尼器的减振效果良好,质量占比仅为5%的阻尼器即可使振动峰值下降79%;该半主动干摩擦阻尼器显著拓宽了有效工作范围,当振动水平为设计工况的9倍时,通过MFC驱动调控正压力,减振比例仍可保持在约75%,避免了阻尼效果的大幅衰减。 展开更多

关键词 薄壁结构 半主动振动控制 干摩擦阻尼器 压电纤维复合材料 机电耦合

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压电纤维致动柔性结构的仿鱼体波振动特性及流场分布研究 被引量：1

18

作者 温志伟 娄军强 +3 位作者 陈特欢 崔玉国 魏燕定 李国平 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期405-413,共9页

提出利用压电纤维(MFC)致动柔性结构的二阶振动模态来模仿鲹科鱼类的鱼体波运动。基于假设模态法求解智能柔性结构的前三阶振型,实验测得水下柔性结构的二阶振型,验证了智能柔性结构的二阶振型逼近鲹科鲈鱼的鱼体波。采用计算流体动力学... 提出利用压电纤维(MFC)致动柔性结构的二阶振动模态来模仿鲹科鱼类的鱼体波运动。基于假设模态法求解智能柔性结构的前三阶振型,实验测得水下柔性结构的二阶振型,验证了智能柔性结构的二阶振型逼近鲹科鲈鱼的鱼体波。采用计算流体动力学(CFD)分析了柔性结构周围流线及压力分布情况,结果表明:二阶振动行为下,柔性结构节点前后流线方向相反;两侧流场始终存在两组高、低压集中区域,且节点前后的压力集中区域分布相反;柔性结构两侧始终存在正压梯度,其中向前的压力分量为柔性结构提供持续的推进力,而节点前后压力分量产生的侧向力方向相反,部分抵消,增强了柔性结构的侧向稳定性。研究结果为水下仿生推进器的设计和性能分析提供了重要参考。 展开更多

关键词 水下柔性结构 仿鱼体波振动 压电纤维 流场分布特性 计算流体动力学

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压电纤维复合材料对悬臂结构的作动行为研究 被引量：2

19

作者 张博 谢华珂 +1 位作者 丁虎 陈立群 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1439-1447,共9页

压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关... 压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)是由美国NASA研发的综合性能优秀的新型压电材料,掌握MFC的力学行为有利于将其投入结构变形控制、减振降噪和健康监测等领域.目前对MFC宏观力学行为的研究中缺乏对作动力与驱动电压直接关系的研究,现有的以MFC为作动器的应用中所使用力电关系的精度有限,不利于将MFC投入更精密的使用场景.针对此问题,文章采用经典板理论,考虑了MFC与受控结构的相对尺寸,推导了MFC对悬臂结构的作动力方程.为兼顾计算的准确性和便利性,建立了考虑MFC叉指电极真实电场的精细有限元模型开展压电静力仿真,给出将MFC叉指电极的弯曲电场简化为匀强电场的修正系数.搭建MFC-悬臂梁结构的实验装置,对有限元模型和作动力公式加以验证.精细模型与简化模型的仿真结果与实验进行对比,总体误差较小,验证了模型和修正系数的可靠性.理论计算与仿真结果对比,误差在1%以内,表明所得作动力预测公式在较大的宽度比范围内均具有较好精度.建立的MFC作动力模型对MFC应用于悬臂结构的变形控制和振动抑制有一定指导意义. 展开更多

关键词 压电纤维复合材料 作动方程 叉指电极 压电静力实验

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水下大振幅压电纤维致动柔性结构的非线性流体动力特性及实验

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作者 杨浙栋 娄军强 +3 位作者 陈特欢 崔玉国 魏燕定 李国平 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期365-373,共9页

水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维(Macro Fiber Composite,MFC)致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数... 水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔应用前景。本文研究了水下大振幅压电纤维(Macro Fiber Composite,MFC)致动柔性结构的非线性流体动力特性,建立了流固耦合振动模型,并进行了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律,发现随着柔性结构特征振幅增大,其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象,且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式,分析结果表明:在小振幅情况下,修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征振动频率的增大而减小;而当特征振幅增大到一定值后,流体阻尼效应随着特征振动频率的增大却呈现出先减小后增大的变化规律,具有强烈的非线性特性。开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验,证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致,验证了所提修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。 展开更多

关键词 非线性流体动力学 流体动力函数 流固耦合振动 水下柔性结构 压电纤维

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