非线性梁非线性能量阱振动控制与能量采集

发布时间：2020-05-07 23:34

【摘要】：非线性梁在工程中的应用越来越常见,它广泛存在于航空领域中,比如具有大展弦比的机翼等。对于这种非线性梁结构,不实施有效控制,引发的振动会对结构稳定性以及工作精度带来巨大的影响。如能实现把环境中结构的振动能转化为电能作为补充电源,则可实现振动控制与能量采集双功能的目标,因此,研究对非线性梁的振动控制与能量采集具有很大的意义。本文分别建立了压电材料能量采集-非线性能量阱(NES)、超磁致伸缩材料(GMM)能量采集-非线性能量阱不同类型振动能量采集-非线性能量阱与非线性梁耦合的动力学模型,分别研究这两种类型对非线性梁的振动控制与能量采集效果。首先,通过哈密顿法、伽辽金法以及四阶龙格库塔法,验证了非线性能量阱附加在非线性梁上的振动抑制效果比传统吸振器好。其次,分别对压电-非线性能量阱装置、超磁致材料-非线性能量阱装置对非线性梁的振动控制与能量采集做了研究分析,其中以非线性能量阱阻尼耗散的能量和压电材料或超磁致材料采集的能量为主要研究目标。结果表明,随着非线性能量阱的刚度或阻尼减小,采集的能量会变大。当非线性能量阱质块质量较大,装置的加载位置距离非线性悬臂梁的自由端较近以及外激励频率接近梁的一阶固有频率时,耗散和采集的能量均会更大。通过ETM,分析了梁与装置之间能量往复循环的流动,期间有能量不断被采集变为电能或阻尼耗散变为热能,进一步揭示了装置对梁振动控制的本质。最后,通过对比有无这两种装置梁的振幅,证实了这两种装置均能实现对梁的振动控制。通过本文的研究,表明压电-非线性能量阱装置与超磁致材料-非线性能量阱装置均能实现对非线性梁的振动控制与能量采集双功能。
【图文】：

坐标系统,悬臂梁,弹性轴,两坐标

沈阳航空航天大学硕士学位论文第 2 章 NES 非线性梁动力学方程梁各参数的定义线性悬臂梁为欧拉-伯努利梁，且在未变形时的弹性轴是直的。惯 y , z )，位于梁的固定端，x 轴与梁未变形时的弹性轴重合，正方向。横截面坐标系， B ( , , )，位于梁变形时的任意横截面上，原点交点，即横截面的形心。在梁未变形时，两坐标系是平行的，且 x 1 描绘了两坐标系。

转换过程,坐标系,惯性参考坐标系,横截面

图 2.1 变形时的悬臂梁及两种坐标系统为了描述横截面坐标系相对惯性参考坐标系的方位，，在此将欧拉角引入，如图 2。横截面坐标系可以看做由惯性参考坐标系先绕 z 轴逆时针转动度，然后绕1y 轴针转动度，最后绕2x 轴转动度。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V214

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