基于压电宏纤维复合材料的车身结构主被动混合抑振技术研究

提出利用压电宏纤维复合材料的正逆压电效应，以车身薄壁板件为控制对象，采用主、被动振动控制相结合的混合抑振方法，以较小的系统附加质量和较少能量输入实现车身结构振动的有效抑制。项目主要研究这种抑振方法的工作机理及关键因素，具体内容包括：车身结构建模分析与振动特征的提取，结合压电分布控制方式，对典型车身结构的结构特征与振动特性进行研究；主被动混合抑振统一化模型研究，结合车身振动特征、单纯主动/被动控制模型以及压电宏纤维抑振元件模型，以结构、位置、电学、控制参数为变量，以抑振效能、输入能量消耗为优化目标，建立混合控制统一化模型；结合汽车不同工况对应不同的工作模型，进行系统控制算法的编制，以较小的附加质量和能量输入实现系统的最优抑振效果；试验测试系统搭建，分析机电参数对抑振性能的影响规律，获得其性能参数以及对实际车身壁板振动抑制效果的检测，检验修正统一化模型，揭示混合抑振工作机理。

本项目是利用压电宏纤维复合材料的正逆压电效应，以车身薄壁板件为控制对象，采用主、被动振动控制以及二者相结合的混合抑振方法, 以较小的系统附加质量和较少能量输入实现车身结构振动的有效抑制。具体完成的工作内容包括：车身简化梁结构和平板结构建模分析与振动特征的提取，结合压电分布控制方式，对典型车身结构的结构特征与振动特性进行研究；压电元件建模和位置优化，采用有限元方法对压电元件及粘贴的薄壁结构进行建模分析，利用应变能变化原理对简化车身梁结构和平板结构进行了基于应变能的位置优化；电学参数、结构参数对压电抑振性能的影响研究，对施加电压的幅值、频率、压电元件的面积、厚度、薄壁结构厚度等参数进行了研究分析，得到了各个参数对抑振元件性能的影响规律；主动振动控制方法研究，针对车身压电抑振结构系统的特性，分析对比了比例控制、比例微分控制、线性二次型控制以及模糊控制等控制算法，得到了各种控制算法对压电抑振性能的控制效果；主被动混合抑振统一化模型研究，结合车身振动特征、单纯主动/被动控制模型以及压电宏纤维抑振元件模型，以结构、位置、电学、控制参数为变量，以抑振效能、输入能量消耗为优化目标，建立混合控制统一化模型，分析获得了影响抑振效果的参数影响规律，并与单纯主动振动控制和被动振动控制进行了对比，取得了良好的混合抑振效果；试验测试系统搭建，以仿真分析为基础，利用工控机测控系统对编制的各种算法进行了算法验证研究，将理论分析、数值仿真以及实验测试三者进行对比研究，验证了模型及算法的正确性和有效性。