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锁刘佳,杨燊,王泽,张晓鹏,王大志.基于多控制系数的压电智能结构减振优化设计[J].计算力学学报,2025,42(5):751~757
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基于多控制系数的压电智能结构减振优化设计
Optimization design of vibration reduction for piezoelectric intelligent structures based on multiple control coefficients
投稿时间:2024-06-06  修订日期:2024-08-05
DOI:10.7511/jslx20240606002
中文关键词:  压电智能结构  主动控制  离散材料优化  材料布局
英文关键词:piezoelectric intelligent structure  active control  discrete material optimization  material layout
基金项目:广东省基础与应用基础研究基金(2022A1515240059);国家自然科学基金(12272077)资助项目.
作者单位E-mail
锁刘佳 大连理工大学 机械工程学院, 大连 116024  
杨燊 大连理工大学 力学与航空航天学院, 大连 116024  
王泽 大连理工大学 力学与航空航天学院, 大连 116024  
张晓鹏 大连理工大学 力学与航空航天学院, 大连 116024 zhangxiaopeng@dlut.edu.cn 
王大志 大连理工大学 机械工程学院, 大连 116024  
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中文摘要:
      压电材料具有作动迅速、易于制备和能耗低等优点,使用压电材料对结构进行振动控制能够改善结构性能,研究发现,压电材料的分布能够显著影响控制效果,许多学者使用拓扑优化技术对压电材料或控制电压的布局进行优化。在压电智能结构拓扑优化中,引入多种控制系数作为设计变量,能够获得更大设计空间,进一步提升控制效率。本文基于离散材料优化方法DMO (Discrete Material Optimization)研究了简谐激励作用下压电层控制系数最优分布问题。使用速度负反馈控制策略进行主动控制,选取能够有效衡量结构振动程度的动柔度作为目标函数,设计变量为每对压电传感器和压电致动器的速度负反馈控制系数,使用伴随变量法进行灵敏度分析,最后给出了两个数值算例来验证所提方法的正确性。
英文摘要:
      Piezoelectric materials have advantages such as rapid actuation,ease of preparation,and low energy consumption.Using piezoelectric materials for vibration control can improve structural performance.Studies have shown that the distribution of piezoelectric materials can significantly impact control effectiveness.Many researchers use topology optimization techniques to optimize the layout of piezoelectric materials or control voltages.In the topology optimization of piezoelectric intelligent structures,introducing various control coefficients as design variables can achieve a larger design space and further enhance control efficiency.This paper studies the optimal distribution of control coefficients for piezoelectric layers under harmonic excitation based on the Discrete Material Optimization(DMO)method.Using a negative velocity feedback control strategy for active control,dynamic compliance is selected as the objective function to effectively measure the structural vibration level.The design variables are the negative velocity feedback control coefficients for each pair of piezoelectric sensors and actuators.Sensitivity analysis is conducted using the adjoint variable method.Finally,two numerical examples are provided to verify the correctness of the proposed method.
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