嵌入压电纤维的复合材料薄壁旋转梁的耦合协同效应机理与振动主动控制研究

基本信息
批准号:11802120
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:23.00
负责人:王潇
学科分类:
依托单位:南京航空航天大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:郎凯,仲毅强,杨仕鹏,陈冬梅,钱智慧
关键词:
复合材料薄壁梁主动控制激励耦合压电纤维复合材料
结项摘要

Composite thin-walled beam structures embedded with piezo-composite are likely to play a crucial role in the construction of future generation of rotorcraft smart blades. The combination of active control by converse piezoelectric effect of piezo-composite and passive control via elastic tailoring can be applied. Problems related to elastic tailoring of composite thin-walled beams have been widely discussed, however in the existing literature, actuation couplings played by the directionality property of piezoelectric composite materials are rarely investigated. The main problems in the active control of rotating composite thin-walled beams with piezo-composite include: the lack of discussion on synergistic effect of actuation couplings and elastic couplings that played by piezo-composite and fiber-reinforced composite, respectively; the absence of study on influences of piezoelectrically induced transverse shear force and warping inhibition on active vibration control. In this project, a one-dimensional rotating thin-walled beam theory that can be addressed via semi-analytical method will be developed. Active control of rotating composite thin-walled beam via the synergistic effect of actuation couplings and elastic tailoring is investigated, which will provide guidance for the next generation rotorcraft smart blade design.

嵌有压电纤维的复合材料薄壁梁结构在旋翼飞行器智能旋翼领域中展现出良好的运用前景,可以在通过弹性剪裁技术对结构进行被动控制的同时利用逆压电效应对结构进行主动控制。薄壁梁结构弹性剪裁方面的研究已经很多,然而关于压电纤维各向异性引起的激励耦合效应方面研究目前还非常缺乏。嵌入压电纤维复合材料薄壁旋转梁振动主动控制中亟待解决的关键问题包括:压电纤维复合材料激励耦合和纤维增强复合材料弹性剪裁的协同效应内在机理尚不清楚;逆压电效应引起的横向剪切力和翘曲效应对薄壁梁结构振动控制性能的影响未被研究。本项目拟通过建立一维可半解析求解的薄壁旋转梁模型以期解决以上问题,并在此基础上设计基于压电激励耦合和弹性剪裁协同效应的薄壁旋转梁振动控制方案,为我国下一代旋翼飞行器的智能旋翼设计提供理论基础。

项目摘要

本项目考虑的薄壁旋转梁模型可以作为直升机旋翼、风力发电叶片等结构的基本模型。而忽略旋转效应,模型可以进一步简化为固定翼、航天机械臂等结构的基本模型。本项目以几何非线性压电纤维复合材料薄壁旋转梁模型为研究对象,开展了利用压电激励耦合和弹性剪裁协同效应对结构进行振动主动控制的研究,揭示了协同效应的内在机理以及协同效应对结构振动控制性能的影响,为下一代智能直升机旋翼的设计提供理论基础。.本项目研究建立了压电纤维和纤维增强复合材料薄壁旋转梁的动力学模型;基于该模型研究了压电纤维复合材料激励耦合和纤维增强复合材料弹性剪裁的协同效应机理;研究基于压电纤维复合材料薄壁旋转梁耦合关系的振动主动控制;发现逆压电效应引起得横向剪切-扭转激励耦合在扭转-弯曲弹性耦合得协同效应下可以大大提供压电激励器得控制效率。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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