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压电分流阻尼系统中压电元件形状与布局优化
  • ISSN号:1004-2474
  • 期刊名称:《压电与声光》
  • 时间:0
  • 分类:TH113.1[机械工程—机械设计及理论]
  • 作者机构:[1]西北工业大学航空学院,陕西西安710072
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(50375122);教育部新世纪优秀人才支持计划基金资助项目(NCET-04-0965)
中文摘要:

根据压电方程和材料力学方程推导出机电耦合情况下压电元件表面电荷计算公式,以此为优化目标,对压电分流阻尼抑振系统中的压电元件形状和位置/布局进行了优化分析。在考虑了压电元件附加质量和附加刚度的影响下,采用ANASYS的APDL语言对四边固支弹性薄铝板进行参数化建模,根据压电元件的模态应变来计算电荷数量。使用拓扑优化方法得到对应于各阶模态的压电元件最优形状,并针对采用单片和多片压电元件的情况,进行了对应于结构各阶振型的布局优化。根据分析结果,提出了压电分流阻尼系统的压电元件形状和位置/布局优化的基本原则。将分析结果应用于一四边固支薄板的振动响应抑制实验,取得了良好的抑振效果,分流电路闭合后第1阶和第5阶模态响应的幅值分别降低了52.9%与62.6%,验证了压电元件形状和位置/布局优化的有效性。

英文摘要:

In this paper, the calculation equation for electrical charges of the piezoelectric patches electromechanically coupled with the structure is derived from the piezoelectric equation and the theory of material mechanics. Then the investigation of profile and placement optimization for piezoelectric shunt damping system is performed while the amount of electrical charges is selected as the objective function. In the finite element modeling of the clamped thin aluminum plate with piezoelectric patches by APDL tool of ANSYS software, the effects of additional stiffness and additional mass of the bonded piezoelectric patches are considered. Then the modal strains of the piezoelectric patches are adopted to calculate the amount of electrical charges. The optimal profile of the piezoelectric patches corresponding to different modes is obtained by topological optimization and the optimization of placement for single or multi piezoelectric patches is also conducted. Base on these results, some concluding remarks are proposed for the profile and placement optimization of piezoelectric patches in designing piezoelectric shunt damping systems. As an example for verifying the proposed optimization techniques, the vibration control experiment on a clamped plate was performed. Under the control of the piezoelectric shunt circuit, the harmonic vibration responses of the first mode and the fifth mode are decreased successfully by 52.9% and 62.6% respectively. The test results validate the effectiveness of profile and placement optimization of piezoelectric patches for piezoelectric shunt damping system.

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期刊信息
  • 《压电与声光》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国电子科技集团公司
  • 主办单位:中国电科第二十六研究所
  • 主编:胡少勤
  • 地址:重庆南坪花园路14号26所
  • 邮编:400060
  • 邮箱:ydsgsipat@163.com
  • 电话:023-62919570
  • 国际标准刊号:ISSN:1004-2474
  • 国内统一刊号:ISSN:50-1091/TN
  • 邮发代号:
  • 获奖情况:
  • 1984年获电子部优秀科技期刊三等奖,1990年获电子行业优秀科技期刊三等奖,1990年获首届机电部优秀科技期刊二等奖,1990年获首届四川省优秀科技期刊二等奖,1991年获首届国防科技工委优秀科技期刊二等奖,1992年获第二届机电部优秀科技期刊三等奖,1992年获第二届四川省优秀科技期刊二等奖,1993年获第一届全国优秀科技期刊三等奖,1995年获首届四川省宣传部、省新闻出版局、省期刊...,1995年获四川省第三届优秀科技期刊二等奖,1995-1996年获信息产业部电子优秀科
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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