电流变夹层振动控制和拓扑优化研究.PDF

振　动　与　冲　击 第３５卷第２１期 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２１２０１６　  电流变夹层振动控制和拓扑优化研究 陈春强，陈　前 （南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京　２１００１６） 　　摘　要：为电流变夹层板设计了半主动的变刚度控制算法，并对其进行了夹层结构的拓扑优化。首先，建立了电 流变夹层结构的动力学模型，基于开关控制策略发展了适用于ＥＲ夹层板的模态控制算法。随后，构造了电流变夹层结 构的单阶模态和综合模态的频率变化率为优化目标函数，再采用粒子群优化方法，以这两个函数为目标，对结构进行了拓 扑优化，并且得到了一定材料使用率限制下相应的拓扑布置构形。最后，采用变刚度控制的等效阻尼比和多种激励下的 时域响应对比两种手段对拓扑优化的结果进行了验证，数值算例证实了该拓扑优化结果以及变刚度控制的有效性。 关键词：电流变夹层板；模态频率变化率；粒子群优化；拓扑优化；等效阻尼比 中图分类号：Ｏ３２８；ＴＰ２７３　　　文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１３４６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｖｓ．２０１６．２１．０２１ ＴｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｎＥＲｓａｎｄｗｉｃｈｐｌａｔｅ ＣＨＥＮＣｈｕｎｑｉａｎｇ，ＣＨＥＮＱｉａｎ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ， ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ） 　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅｓｅｍｉａｃｔｉｖｅｖａｒｉａｂｌｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒａｎｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ（ＥＲ）ｓａｎｄｗｉｃｈｐｌａｔｅｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｆｏｒｔｈｉｓｓａｎｄｗｉｃｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅＥＲ ｓａｎｄｗｉｃｈｐｌａｔｅｗａｓｂｕｉｌｔ．ＴｈｅｍｏｄａｌｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｔｈｉｓＥＲｐｌａｔｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｎｏｆｆｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｍｏｄａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒａｔｅｓｆｏｒａｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅａｎｄｍｕｌｔｉｍｏｄｅｏｆｔｈｅＥＲｓａｎｄｗｉｔｈｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗｅｒｅｔａｋｅｎａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ，ｔｈｅＥＲｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｌｙｗｉｔｈｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｗａｒｍｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ （ＰＳＯ）ｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＥＲｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｔｒａｉｎｔｏｆａｃｅｒｔａｉｎａｍｏｕｎｔｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｕｓｅｄｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｔｌａｓｔ ，ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｄａｍｐｉｎｇｒａｔｉｏｏｆｖａｒｉａｂｌｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｔｈｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｔｈｅＥＲｓｔｒｕｃｔｕｒｅｕｎｄｅｒｍｕｌｔｉｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｗｅｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏｖａｌｉｄａｔｅｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｔｈｅＥＲ ｓａｎｄｗｉｃｈｐｌａｔｅ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｏ