[发明专利]一种压电与阻尼层复合的薄壁构件振动主被动控制技术

权利要求书

1.一种压电与阻尼层复合的薄壁构件振动主被动控制方法,其特征在于：控制装置包括压电陶瓷层、粘弹性阻尼材料层、薄壁板壳构件、振动传感与数据采集模块、主动控制模块，压电陶瓷层与粘弹性阻尼材料层连接，粘弹性阻尼材料层与薄壁板壳构件连接，薄壁板壳构件与振动传感与数据采集模块连接，薄壁板壳构件与主动控制模块连接；所述的振动传感与数据采集模块由压电式加速度传感器、A/D转换采集卡、计算机控制单元组成，压电式加速度传感器与薄壁板壳构件连接，薄壁板壳构件与A/D转换采集卡连接，A/D转换采集卡与计算机控制单元连接；所述的主动控制模块由主动控制硬件系统和主动控制软件系统组成，主动控制硬件系统和主动控制软件系统连接；所述的主动控制硬件系统由压电陶瓷层、压电陶瓷传感器、电压输入输出卡、压电陶瓷层驱动用电压放大器组成，压电陶瓷层与电压输入输出卡连接，电压输入输出卡与压电陶瓷层驱动用电压放大器连接，压电陶瓷层驱动用电压放大器与压电陶瓷传感器连接；所述的主动控制软件系统由信号滤波模块、信号处理模块、控制算法模块和过载保护与信号输出模块组成，信号滤波模块与信号处理模块连接，信号处理模块与控制算法模块连接，控制算法模块与过载保护与信号输出模块连接；将压电陶瓷层和粘弹性阻尼材料层进行复合一起，并粘贴在薄壁板壳构件表面上，通过压电陶瓷层的电压调控产生作用力，主动地调整粘弹性阻尼材料层的剪切变形，增大粘弹性阻尼材料层的耗能量，实现薄壁板壳构件振动的快速衰减；同时，压电陶瓷层产生的作用力通过粘弹性层传递作用于薄壁板壳构件，对薄壁板壳构件的特定模态刚度进行增强或调定，降低薄壁板壳构件的特定模态共振或近共振响应；能够实现对薄壁板壳构件多个谐波振动定频和宽频范围内的随机振动的有效控制；所述的加速度传感器粘贴在薄壁板壳构件的表面，用于薄壁板壳构件振动信号的实时监测；主动控制模块将输入振动信号进行运算，通过控制算法实现控制信号输出，将电压放大并作用于压电陶瓷层，实现对薄壁板壳构件的定频和宽频振动的有效控制。

2.根据权利要求1所述的一种压电与阻尼层复合的薄壁构件振动主被动控制方法,其特征在于：所述的压电陶瓷传感器粘贴在薄壁构件表面，用于拾取薄壁构件在振动状态下的电压信号，经过电压输入输出卡的电压信号传输到计算机控制单元进行反相处理，处理后的电压信号经压电陶瓷层驱动用电压放大器进行放大后作用到压电陶瓷层，实现对薄壁构件的作动；其中A/D转换数据采集卡将压电陶瓷传感器拾取的电压信号进行模数转换，经信号滤波模块实现对一定频域信号带通滤波，滤波后的信号经信号处理模块可实现反相和幅值缩放，然后经控制算法模块将处理后的电压信号传输至作动器实现主动控制，过载保护与信号输出模块可实现压电陶瓷片的过载保护。

3.根据权利要求1所述的一种压电与阻尼层复合的薄壁构件振动主被动控制方法,其特征在于：所述的粘弹性阻尼材料层的面密度0.464kg/m²，拉伸强度37.2MPa，弹性模量23.5GPa；在25-400℃、0-2000Hz范围内粘弹性阻尼材料损耗因子为0.025；所述的粘弹性阻尼材料，实现在较宽的温度范围内具有高阻尼特性，耐温达到-80～350℃，在-80～350℃环境温度范围内阻尼能力稳定不退化；具有耐腐蚀、耐油突出特点。

4.根据权利要求1所述的一种压电与阻尼层复合的薄壁构件振动主被动控制方法,其特征在于：所述的压电陶瓷片的压电应变常数d31、d33、d15分别为186×10-12C/N、420×10-12C/N、660×10-12C/N；弹性常数分别为15m2/N、5.3m2/N、25m2/N；相对介电常数为2200。

5.根据权利要求1所述的一种压电与阻尼层复合的薄壁构件振动主被动控制方法,其特征在于：所述的压电陶瓷层厚度为1mm，且均匀分布在薄壁板壳构件根部，压电陶瓷层变形产生的作用力也会通过粘弹性层传递到薄壁板壳构件上，实现对薄壁板壳构件的刚度的主动控制，在不同激励形式下，实现了在薄壁板壳构件定频和宽频范围内的有效减振；所述的压电陶瓷层和粘弹性阻尼材料层进行复合，利用粘合剂进行粘贴；复合而成的多层结构即为薄壁板壳构件振动的主被动控制执行结构。