【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及飞机结构振动分析，特别是涉及一种压电层合板壳结构振动控制方法、系统及设备。
技术介绍
1、发动机推力、舵面控制力、大气扰动等各种激励往往引起飞机结构振动。严重时，不仅影响机组人员和乘客的舒适感，还可能造成飞机结构失效或者仪器无法正常工作。传统的在机体结构添加阻尼材料的减振方法，会明显增加飞机的结构重量，减振效果也十分有限。采用压电材料等智能材料结构进行振动主动控制是飞机结构振动控制的有效手段。
2、在飞机型号研制中，复合材料的使用是降低结构重量系数和提高结构性能的主要措施。为了更好地将复合材料应用到飞机结构中，需要对它的力学行为有深入的了解。实验研究往往存在周期长、费用大等问题。所以，需要建立准确有效的动力学模型来预测复合材料结构的力学行为。
3、板壳结构是飞机结构设计中最基本的结构。飞机常用的复合材料板壳结构通常由多个铺层通过特殊工艺复合而成，其结构比较复杂，难以建立准确的仿真模型。在传统三维有限元建模中，通常对每个铺层单独建模，因此存在需要随着层合板铺层数增加而增加网格数量、结构整体仿真所需网络数量庞大的问题，造成大量计算资源的消耗，影响飞机的研发进度。
技术实现思路
1、针对上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术提供一种压电层合板壳结构振动控制方法、系统及设备，以降低仿真过程计算资源消耗，提高振动控制效果。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案。
3、一方面，本专利技术提供一种压电层合板壳结构振动控制方法，包
4、可选地，所述将结构分析的ceh8单元拓展为考虑压电效应的压电ceh8单元，具体包括：使用压电本构方程来描述压电材料的压电效应；假设压电ceh8单元中的电势成线性变化，将压电ceh8单元中的电势表示为；其中，为8节点的线性电势形函数，为8节点电势矢量；基于压电本构方程和压电ceh8单元中的电势表达式，将压电ceh8单元中的压电场向量表示为；其中，为梯度算子。
5、可选地，所述基于ceh8单元和压电ceh8单元建立压电层合板壳结构的系统动力学模型，具体包括：根据压电场向量计算压电层合板壳结构的总势能；基于ceh8单元和压电ceh8单元的单元质量矩阵计算压电层合板壳结构的动能；将压电层合板壳结构的总势能和动能带入压电层合板壳结构需满足的拉格朗日方程，得到单元的动力学方程；其中，为ceh8单元的单元质量矩阵；为压电ceh8单元的单元质量矩阵；为ceh8单元的节点位移向量；为压电ceh8单元的节点位移向量；、和分别为、和的二阶导数；为ceh8单元的单元刚度矩阵；为压电ceh8单元的单元弹性刚度矩阵；和分别为压电ceh8单元的电弹耦合单元刚度矩阵和介电刚度矩阵；表示的转置；和分别为单元机械载荷和电载荷；以作为输入，将单元的动力学方程改写为单元的动力学模型；其中，，，；单元的动力学模型经过标准有限程序组装之后，得到压电层合板壳结构的系统动力学模型；其中为压电层合板壳结构的系统质量矩阵；为压电层合板壳结构的系统刚度矩阵；为压电层合板壳结构的系统位移张量；为的二阶导数；为压电层合板壳结构的外载荷张量；为压电材料的作动载荷。
6、可选地，所述基于系统动力学模型对压电层合板壳结构进行振动控制，具体包括：基于系统动力学模型设计振动控制器；所述振动控制器以压电材料的电势为控制量，以矩阵为被控变量；其中为的一阶导数；采用振动控制器对压电层合板壳结构进行振动控制。
7、另一方面，本专利技术还提供一种压电层合板壳结构振动控制系统，包括：ceh8单元拓展模块，用于将结构分析的ceh8单元拓展为考虑压电效应的压电ceh8单元；系统动力学模型构建模块，用于基于ceh8单元和压电ceh8单元建立压电层合板壳结构的系统动力学模型；所述压电层合板壳结构包括层合板区域和带压电层区域；所述带压电层区域由层合板及其表面覆盖的压电材料层构成；其中带压电层区域的单元使用压电ceh8单元建模，层合板区域的单元使用ceh8单元建模；板壳结构振动控制模块，用于基于系统动力学模型对压电层合板壳结构进行振动控制。
8、可选地，所述ceh8单元拓展模块具体包括：压电效应描述单元，用于使用压电本构方程来描述压电材料的压电效应；电势表达式建立单元，用于假设压电ceh8单元中的电势成线性变化，将压电ceh8单元中的电势表示为；其中，为8节点的线性电势形函数，为8节点电势矢量；压电场向量表示单元，用于基于压电本构方程和压电ceh8单元中的电势表达式，将压电ceh8单元中的压电场向量表示为；其中，为梯度算子。
9、可选地，所述系统动力学模型构建模块具体包括：总势能计算单元，用于根据压电场向量计算压电层合板壳结构的总势能；动能计算单元，用于基于ceh8单元和压电ceh8单元的单元质量矩阵计算压电层合板壳结构的动能；单元动力学方程构建单元，用于将压电层合板壳结构的总势能和动能带入压电层合板壳结构需满足的拉格朗日方程，得到单元的动力学方程；其中，为ceh8单元的单元质量矩阵；为压电ceh8单元的单元质量矩阵；为ceh8单元的节点位移向量；为压电ceh8单元的节点位移向量；、和分别为、和的二阶导数；为ceh8单元的单元刚度矩阵；为压电ceh8单元的单元弹性刚度矩阵；和分别为压电ceh8单元的电弹耦合单元刚度矩阵和介电刚度矩阵；表示的转置；和分别为单元机械载荷和电载荷；单元动力学模型改写单元，用于以作为输入，将单元的动力学方程改写为单元的动力学模型；其中，，，；系统动力学模型构建单元，用于将单元的动力学模型经过标准有限程序组装之后，得到压电层合板壳结构的系统动力学模型；其中为压电层合板壳结构的系统质量矩阵；为压电层合板壳结构的系统刚度矩阵；为压电层合板壳结构的系统位移张量；为的二阶导数；为压电层合板壳结构的外载荷张量；为压电材料的作动载荷。
10、可选地，所述板壳结构振动控制模块具体包括：振动控制器设计单元，用于基于系统动力学模型设计振动控制器；所述振动控制器以压电材料的电势为控制量，以矩阵为被控变量；其中为的一阶导数；板壳结构振动控制单元，用于采用振动控制器对压电层合板壳结构进行振动控制。
11、再一方面，本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的压电层合板壳结构振动控制方法。
12、可选地，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。
13、根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果。
14、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种压电层合板壳结构振动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的压电层合板壳结构振动控制方法，其特征在于，所述基于CEH8单元和压电CEH8单元建立压电层合板壳结构的系统动力学模型，具体包括：
3.根据权利要求2所述的压电层合板壳结构振动控制方法，其特征在于，所述基于系统动力学模型对压电层合板壳结构进行振动控制，具体包括：
4.一种压电层合板壳结构振动控制系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的压电层合板壳结构振动控制系统，其特征在于，所述系统动力学模型构建模块具体包括：
6.根据权利要求5所述的压电层合板壳结构振动控制系统，其特征在于，所述板壳结构振动控制模块具体包括：
7.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-3中任一项所述的压电层合板壳结构振动控制方法。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，所述存储器为非暂态计算机可读存储介质。
【技术特征摘要】
1.一种压电层合板壳结构振动控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的压电层合板壳结构振动控制方法，其特征在于，所述基于ceh8单元和压电ceh8单元建立压电层合板壳结构的系统动力学模型，具体包括：
3.根据权利要求2所述的压电层合板壳结构振动控制方法，其特征在于，所述基于系统动力学模型对压电层合板壳结构进行振动控制，具体包括：
4.一种压电层合板壳结构振动控制系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的压电层合板壳结构...
【专利技术属性】
技术研发人员：董雷霆，代定强，黄业增，李明净，李书，贺天鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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