采用磁流变粘弹性材料的结构智能化微振动控制

采用磁流变粘弹性材料的结构智能化微振动控制研究具有重要实际意义和价值。本项目综合运用结构动力学、物理学、数学、控制理论、概率和随机过程理论等，研究磁流变粘弹性材料的制备，并基于微观磁机械耦合作用分析，建立其微观磁动力学模型，由统计分析得到相应宏观模型，揭示材料的多尺度和多场作用等耦合机制、磁饱和和非对称动力学关系等特性；建立磁流变粘弹性复合结构的多相体、多域分析等耦合的微振动模型，基于空间离散化、时频域转化关系等，发展其微振动响应分析方法，进行结构性能优化，并分析微振动时结构不确定性的统计特性；建立磁流变粘弹性复合结构微振动最优控制问题方程，推导其动态规划方程和极大值原理方程，确定半主动的直接最优控制磁场作用规律，并考虑系统不确定性、控制饱和等因素影响，发展相应控制方法，揭示该智能复合结构微振动控制效果和性能。丰富和发展智能材料动力学、结构微振动分析和智能化控制等理论技术。

本项目按照计划内容经过三年时间的研究，达到预期的研究目标。首先，研制了磁流变粘弹性材料，进行磁流变粘弹性体的切片显微结构与成份分析；制作了磁流变粘弹性体的标准试样，进行磁流变粘弹性材料的磁静动力学性能试验，建立其时域与频域的动力学模型，揭示了磁流变粘弹性材料的磁致非线性等动力学特性。然后，基于磁流变粘弹性材料的动力学模型，建立其复合结构的动力学模型，推导磁流变粘弹性复合结构微振动的运动微分方程，进行空间离散化、时频域转化和频域分析，求解其随机微振动响应，得到均方根速度谱指标，发展了适合于该多场作用和多域分析等耦合的复合结构随机微振动响应的分析方法；分析了磁场分布、结构几何和物理因素的影响规律，进行结构性能优化，说明采用磁流变粘弹性材料的结构智能化设计能够有效地抑制结构的随机微振动。进一步，基于磁流变粘弹性复合结构随机微振动的磁动力学方程，确定其最优控制的性能指标，建立了磁流变粘弹性复合结构随机微振动的最优控制问题方程，并通过空间离散化将其转化为多自由度系统控制问题方程，确定磁饱和等控制约束；根据最优控制理论，推导了磁流变粘弹性复合结构系统的动态规划方程，求解确定其最优控制规律，根据磁场作用特性设计半主动的磁场作用规律，发展了适合于该多场作用和多域分析等耦合的智能复合结构随机微振动的最优半主动控制方法；应用发展的磁流变粘弹性复合结构随机微振动响应的分析方法，分析比较其控制前后的随机微振动响应，评估最优控制效果，说明磁流变粘弹性复合结构的最优半主动控制能够进一步有效地控制结构的随机微振动。总之，本项目对于采用磁流变粘弹性材料的结构智能化微振动控制进行了较全面的研究，揭示了磁流变粘弹性材料及其复合结构随机微振动的主要特性，发展了相应的理论分析方法，为该结构智能化微振动控制策略的实际应用提供了理论基础。研究成果在国内外有关学术刊物及会议上发表研究论文30篇，其中SCI收录14篇，EI收录7篇。