[發(fā)明專利]一種宏纖維復(fù)合材料壓電常數(shù)優(yōu)化系數(shù)的獲取方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710370089.4
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107103157B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 涂建維;張家瑞;賴方鵬;林澤昕
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京華識知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11530
• 代理人: 趙永強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種宏纖維復(fù)合材料壓電常數(shù)優(yōu)化系數(shù)的獲取方法及裝置，包括用于粘結(jié)宏纖維復(fù)合材料懸臂梁，用于測量宏纖維復(fù)合材料在不同電壓下的位移值Y₁(V)和Y₂(V)的激光位移傳感器，用于接收電壓值和位移值的dspace實(shí)時仿真系統(tǒng)，用于向宏纖維復(fù)合材料提供電壓的高壓放大器和用于計算壓電常數(shù)d₃₃的優(yōu)化系數(shù)α和壓電常數(shù)d₃₁的優(yōu)化系數(shù)β并將計算結(jié)果反饋至用戶的計算機(jī)。本發(fā)明通過建立模型與實(shí)驗相結(jié)合獲取優(yōu)化系數(shù)α和β，用于修正宏纖維復(fù)合材料力學(xué)模型，使其具有較高的精確度，為實(shí)際的工程應(yīng)用做出精確的指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程、自動控制領(lǐng)域，具體涉及一種宏纖維復(fù)合材料壓電常數(shù)優(yōu)化系數(shù)的獲取方法及裝置。

背景技術(shù)

宏纖維復(fù)合材料(MFC)是一種由NASA的Langley研究中心研制的智能壓電纖維復(fù)合材料，主要由三層組成，包括上下兩層的交叉指型電極層與中間的壓電陶瓷纖維和聚合物基質(zhì)。由于MFC具有質(zhì)量輕、韌性大、出力大、易于粘貼與布置等特點(diǎn)，因此它非常適用于薄壁板殼或梁的振動控制，具有很好的發(fā)展前景。

壓電常數(shù)d₃₃、d₃₁以|E|＞1kV/mm為高壓和|E|＜1kV/mm為低壓提供了兩組壓電常數(shù)，分別是高壓壓電常數(shù)與低壓壓電常數(shù)。但是在實(shí)際應(yīng)用中隨著電壓的改變，MFC的壓電常數(shù)d₃₃、d₃₁的變化應(yīng)該是一個漸變的過程而非在某一電壓處發(fā)生突變。因此在使用這兩組壓電常數(shù)計算時，有限元模擬值與試驗值相差較大。這說明了由這兩組壓電常數(shù)d₃₃、d₃₁得到的力學(xué)模型不夠精確。力學(xué)模型的精確度對MFC在仿真分析與結(jié)構(gòu)控制中是至關(guān)重要的，力學(xué)模型不精確會降低仿真分析精確度與增加控制難度，而且直接使用這兩組壓電常數(shù)很難對實(shí)際的工程應(yīng)用做出精確的指導(dǎo)。因此提高M(jìn)FC力學(xué)模型的精確度是MFC在結(jié)構(gòu)控制應(yīng)用中的重要問題之一。

通過優(yōu)化系數(shù)對力學(xué)模型進(jìn)行修正是提高模型精確度的有效方法，但目前對于MFC力學(xué)模型，如何獲取有效的優(yōu)化系數(shù)來修正MFC力學(xué)模型以提高M(jìn)FC力學(xué)模型的精確度還未有相關(guān)的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中由于MFC力學(xué)模型的精確度不高而降低仿真分析精確度和增加控制難度的問題，提供一種MFC壓電常數(shù)優(yōu)化系數(shù)的獲取方法及裝置，能夠有效的獲取壓電常數(shù)d₃₃、d₃₁的優(yōu)化系數(shù)，通過其修正后的MFC力學(xué)模型具有較高的精確度，為實(shí)際的工程應(yīng)用做出精確的指導(dǎo)。

本發(fā)明提供一種宏纖維復(fù)合材料壓電常數(shù)優(yōu)化系數(shù)的獲取方法，包括以下步驟：

S1、將宏纖維復(fù)合材料粘貼至懸臂梁上；

S2、在宏纖維復(fù)合材料上選取兩點(diǎn)M₁和M₂，采用高壓放大器為宏纖維復(fù)合材料提供電壓，通過激光位移傳感器測量點(diǎn)M₁和M₂在電壓V下的位移值Y₁(V)和Y₂(V)；

S3、建立懸臂梁的有限元模型，將電壓V下只考慮壓電常數(shù)d₃₃的宏纖維復(fù)合材料提供的平面應(yīng)力與彎矩理論值作用于宏纖維復(fù)合材料實(shí)際粘貼處的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處，得到點(diǎn)M₁和M₂在電壓V下的位移模擬值X₁₁(V)和X₁₂(V)；

S4、建立懸臂梁的有限元模型，將不同電壓下只考慮壓電常數(shù)d₃₁的宏纖維復(fù)合材料提供的平面應(yīng)力與彎矩理論值作用于宏纖維復(fù)合材料實(shí)際粘貼處的相應(yīng)節(jié)點(diǎn)處，得到點(diǎn)M₁和M₂在電壓V下的位移模擬值X₂₁(V)和X₂₂(V)；