压电复合材料阻尼机理及其悬臂梁主动控制的研究

发布时间：2019-09-17 04:43

【摘要】：压电复合材料主要是由压电相和基体相复合而成，是一种新型的功能材料，在交通运输、航空航天、建筑、机械等领域，这类新型减振材料都得到了广泛的应用。压电复合材料的主要阻尼途径是：振动机械能→电能→热能，本文采用光纤温度传感器测量压电复合材料产生的热能，对压电复合材料的阻尼机理进行研究，目前这方面的研究在国内鲜有报道；并采用PID控制研究压电悬臂梁在主动控制下的振动响应。 由于裸光纤光栅质地脆弱，一般采用金属进行封装，金属的热膨胀系数为10-20×10-6/℃，且金属材料强度高，刚度大，，在振动时不易变形，不仅可以提高光纤光栅的灵敏度，而且对光纤光栅起到了很好的保护作用。封装不锈钢的温度响应性良好，实验得出FBG最佳放置方法为将其与悬臂梁振动方向平行放置。FBG两次温度标定后的结果是其线性相关度分别为R1=0.9985和R2=0.99807，两次标定后的线性相关度很好，可以作为实验用的温度传感元件。封装增敏后的FBG是裸FBG的灵敏度系数的3.04倍，封装后达到了较好的增敏效果。 采用光谱仪测量振动压电悬臂梁的耗能产热，在持续振动一段时间后，中心波长值增大，压电阻尼材料温度升高；采用解调仪测量振动压电悬臂梁耗能产热，悬臂梁在测量时间内温度升高，但是幅度较小，约为0.62℃。对不同比例压电复合材料进行DMA分析和DASP软件分析，比较阻尼值大小。 采用瞬时信号和交变信号分别驱动悬臂梁振动，利用PID控制的方法，改变控制系数P的大小，悬臂梁在瞬间冲击力作用下的停止时间随压电陶瓷含量增大，停止时间减小；施加主动控制后，同一悬臂梁的停止时间比未施加主动控制时的时间更短。选择交变信号作用于悬臂梁，在控制系数P=5，驱动陶瓷片在C控制时，悬臂梁的振动幅度减小的最多，在C处的控制效果最好。在多个驱动陶瓷片共同控制下，两个陶瓷片的控制效果要优于三个陶瓷片的控制效果，本文中最佳控制效果位置在B+C。采用Drive-1和Drive-2驱动片主动控制的平均时间为4.29s和4.812s，Drive-1驱动片的控制时间比采用Drive-2驱动片的控制时间短，说明对于相同的悬臂梁及控制系数，采用厚度较大的驱动片主动控制效果较好。
【图文】：

阻尼因数β和振幅变化关系示意图

是玻璃—橡胶转变区，3 是橡胶 1-2 E屎挺滤

本文编号：2536648