光致形狀記憶殼智能結(jié)構(gòu)的多場耦合與振動控制研究.pdf

1、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

2、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)

3、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。

4、>　　基于光致形狀記憶聚合物在無初始應(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(jì)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

5、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(jì)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