【摘要】：智能結(jié)構(gòu)將智能材料作為傳感器和作動器直接作用結(jié)構(gòu)本身,與電子控制模塊一起構(gòu)成分布式控制系統(tǒng),可以提高系統(tǒng)的集成度、控制精度及可靠性。薄殼結(jié)構(gòu)在航空、航天、機(jī)械等領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。由于薄殼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量輕、柔性大,振動難以迅速衰減,因此薄殼結(jié)構(gòu)的振動控制非常重要。光致形狀記憶聚合物具有密度小、變形大、變形過程中溫度變化小、非接觸式控制的特性,是一種非常有應(yīng)用前景的新型智能材料。光致形狀記憶作動器通過光彈耦合效應(yīng)作用于薄殼結(jié)構(gòu),可以改變薄殼結(jié)構(gòu)的剛度并進(jìn)行振動控制。本文研究光致形狀記憶聚合物的光彈耦合效應(yīng),根據(jù)不同類型材料的作動機(jī)理,基于化學(xué)動力學(xué)理論對光致形狀記憶聚合物的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行建模,最終建立了通用的本構(gòu)關(guān)系模型,同時對無初始應(yīng)變和有初始應(yīng)變兩種情況,給出本構(gòu)關(guān)系的具體表達(dá)式。本文合成了含有螺吡喃的光致形狀記憶聚合物材料,制備光致形狀記憶聚合物試樣,測量了材料的吸光度等基本參數(shù)及性能,對試樣進(jìn)行紫外光照射下的單軸拉伸和雙軸拉伸實(shí)驗(yàn)。測量了作動器在無初始應(yīng)變狀態(tài)下楊氏模量隨光照時間變化的特性,及有初始應(yīng)變狀態(tài)下應(yīng)力隨光照時間變化的規(guī)律。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證本構(gòu)關(guān)系模型的正確性。對光致形狀記憶層合薄殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和應(yīng)力進(jìn)行分析,基于哈密頓變分原理,建立光致形狀記憶層合薄殼結(jié)構(gòu)的光彈耦合動力學(xué)方程。將動力學(xué)方程簡化到光致形狀記憶層合開口圓柱殼、圓錐殼及開口圓環(huán)殼結(jié)構(gòu),驗(yàn)證動力學(xué)模型的正確性。通過模態(tài)疊加法推導(dǎo)了光致形狀記憶薄殼結(jié)構(gòu)的獨(dú)立模態(tài)控制過程,以及光致形狀記憶作動器的模態(tài)控制力�；诠庵滦螤钣洃浘酆衔镌跓o初始應(yīng)變時的楊氏模量變化特性,對光彈耦合結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行控制。分別選取一維懸臂梁結(jié)構(gòu)和二維圓柱殼結(jié)構(gòu)作為研究對象,通過層合圓柱殼理論對圓柱殼在光照下的固有頻率改變過程進(jìn)行分析,將層合圓柱殼的動力學(xué)模型簡化到層合懸臂梁結(jié)構(gòu),根據(jù)歐拉梁理論分析懸臂梁的固有頻率。為了拓寬光致形狀記憶作動器的頻率控制范圍,設(shè)計了變長度作動器,通過層合階梯梁理論對懸臂梁結(jié)構(gòu)的固有頻率進(jìn)行研究。制作光致形狀記憶作動器彈性梁結(jié)構(gòu),通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證作動器對懸臂梁結(jié)構(gòu)的固有頻率控制效果。利用光致形狀記憶聚合物的形狀記憶特性,對圓環(huán)殼結(jié)構(gòu)和拋物柱殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立模態(tài)振動控制。研究光致形狀記憶作動器對圓環(huán)結(jié)構(gòu)在簡諧激勵下的振動抑制效果。針對光致形狀記憶作動器的非線性特征,采用相位偏移法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制兩種方法,通過控制光強(qiáng)的手段提高作動器對圓環(huán)振動控制的效果。根據(jù)光致形狀記憶作動器易于成型和施加初始應(yīng)變的特點(diǎn),設(shè)計二維剪切式光致形狀記憶作動器。分析光致形狀記憶作動器在拋物柱殼結(jié)構(gòu)表面的模態(tài)力分布情況,對拋物柱殼的自由衰減振動進(jìn)行控制。本論文通過建立光致形狀記憶薄殼耦合結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程,并將光致形狀記憶作動器應(yīng)用于薄殼結(jié)構(gòu)的固有頻率控制和振動控制,為智能結(jié)構(gòu)的分布式控制提供了一種新方法。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB535

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2258361