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温度梯度场中梁的形变控制研究

马驰骋  张希农  谢石林  
【摘要】:对航天航空类结构,复杂的应力条件,尤其是温度应力对结构会造成很大的影响。而压电材料等智能材料的出现为解决这一问题提供了有效的途径。压电材料与结构可以构成智能结构针对不同的情况对结构进行控制。研究表明,温度对结构的影响非常大,尤其是对薄壁结构,很小的温差即可造成较大的变形,甚至会造成结构受损发生破坏。本文介绍了一种新型的压电作动器一层叠式压电作动器,并使用这种作动器对温度场中的梁进行了形状控制研究。根据哈密顿原理,得到了粘贴有层叠式压电作动器的梁结构的控制方程,进行了数值仿真,并且用Comsol软件进行了模拟,两者的结果基本一致。对压电作动器的控制电压进行了优化,得到了最优控制电压。由于层叠式压电作动器的控制力与压电片的层数成二次函数关系,当控制电压恒定时,层叠式压电作动器的控制力随着压电器层数的增加而迅速减小。使用层叠式压电作动器可以在比其他作动器更小的电压下取得更好的控制效果。通过与普通压电作动器的比较,可以发现层叠式压电作动器可以有效的降低作动器的施加电压,而且可以显著增强控制效果。这种形状控制方法为应用层叠式压电作动器进行薄壁结构的形状控制提供了理论基础。

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