[發明專利]一種旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法

在審

• 申請號: 202310461719.4
• 申請日: 2023-04-26
• 公開（公告）號: CN116579143A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 黎亮;余運鑫;章定國;郭永彬;郭晛
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

本發明公開了一種旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法，對柔性板與MFC板進行單元離散，采用絕對節點坐標法描述柔性板與MFC板的運動與變形，結合層合板單元建模方法，得到柔性板單元與上層MFC板單元間的坐標轉換矩陣；由柔性板單元彈性勢能計算柔性板單元廣義彈性力與剛度陣，引入MFC的本構方程描述其力電耦合特性，確定MFC板單元廣義彈性力矩陣、廣義剛度陣與廣義壓電力矩陣，根據PD控制策略求得控制電壓參數；確定MFC層合板單元的單元質量矩陣、剛度矩陣與外力矩陣，將MFC層合板單元進行組裝，得到旋轉MFC層合板動力學方程，基于廣義?α方法求解MFC層合板的絕對節點坐標，得到旋轉MFC層合板的變形、速度。

技術領域

本發明涉及多體系統動力學建模技術，具體涉及一種旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法。

背景技術

直升機旋翼、太陽能帆板等旋轉構件廣泛存在于航空航天領域，這類柔性結構在經歷大范圍旋轉運動時容易由外界激勵引發結構振動問題，從而影響自身工作或導致失穩，對其進行動力學與振動控制研究變得尤為重要。壓電纖維復合材料(macro?fibercomposite,MFC)作為一種新型壓電智能材料，有著柔韌性好，應變驅動斜率高等優點。將其作為驅動器能夠有效的控制結構的振動響應。因此建立旋轉MFC層合板動力學方程，并研究其振動控制響應具有重要意義。

羅威在《宏纖維復合結構的力學模型及對板殼結構振動的主動控制》中將MFC對結構的驅動效果等效為外力與外力矩，研究了MFC復合結構的振動控制模型，在對模型降階后，完成了對平板與弧板的仿真分析與振動主動控制實驗。但其所研究的對象為懸臂板，而當層合板作旋轉運動時在離心力的影響下其力學特性將有所不同。Hamed在《UtilizingMacro?Fiber?Composite?to?Control?Rotating?Blade?Vibrations》中利用MFC減輕了旋轉葉片的非線性振動現象，結果表明在控制之前，由于分叉點的存在，葉片發生了嚴重的振動和突跳行為。在控制之后，由于分叉點的消失，葉片表現出穩定的運動狀態。但其對MFC力電耦合特性的描述不夠充分與精確。

發明內容

本發明提出了一種旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法。

解決本發明的技術方案為：一種旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法，包括以下步驟：

步驟1，建立旋轉MFC層合板的物理模型，所述MFC層合板由柔性板與MFC板組成，其中MFC板位于柔性板上側，設置柔性板的幾何參數、材料參數和運動參數，以及MFC板的位置參數；

步驟2，對柔性板與MFC板進行單元離散，采用絕對節點坐標法描述柔性板與MFC板的運動與變形，結合層合板單元建模方法，得到柔性板單元與上層MFC板單元間的坐標轉換矩陣；

步驟3，由柔性板單元彈性勢能計算柔性板單元廣義彈性力與剛度陣，引入MFC的本構方程以描述其力電耦合特性，并以此作為旋轉MFC層合板中的驅動器，確定MFC板單元廣義彈性力矩陣、廣義剛度陣與廣義壓電力矩陣，根據PD控制策略求得控制電壓參數；

步驟4，通過坐標轉換矩陣得到MFC層合板單元的單元質量矩陣、剛度矩陣與外力矩陣，將MFC層合板單元進行組裝，結合約束方程，得到旋轉MFC層合板動力學方程；

步驟5，基于廣義-α方法求解旋轉MFC層合板動力學方程，計算MFC層合板的絕對節點坐標，得到旋轉MFC層合板的變形、速度。

一種旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真系統，用于實施所述的旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法，實現旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真。

一種計算機設備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時，實施所述的旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真方法，實現旋轉MFC層合板振動控制響應的仿真。