论文部分内容阅读
电流变液(Electrorheological fluids,简称ER fluids)是一种流变特性可控的智能流体材料。在外加电场的作用下,材料的物理特性如粘度、弹性、塑性等能发生快速可逆的变化。含有电流变材料的智能结构与系统,能在外加电场的作用下快速可逆地改变结构本身的阻尼和刚度,且具有响应速度快、工作能耗低、调节范围大和控制方式简单等优点,在结构的振动控制中获得了人们的广泛关注。自20世纪80年代Gandhi等最早将电流变材料应用于夹层结构的振动控制研究以来,已有许多学者对电流变夹层结构的动力学特性和振动控制进行了深入的理论和实验研究。但在以往的研究中,一般都是针对静态梁或板进行的,将电流变材料应用于运动柔性梁的振动控制由于建模困难和实验环节较为复杂,有关的研究报道还较为少见。本文是在国家自然科学基金重大项目(50390063)的资助下,以IC后封装设备中的高速、高加速度运动操作机械臂的动力学与控制为研究背景,试图利用电流变夹层结构的可控阻尼特性,将电流变材料推广应用到运动柔性梁的振动控制。通过对旋转运动电流变夹层梁在不同结构和控制参数下的动力学行为和振动响应特性进行理论和实验研究,探讨电流变材料应用于运动柔性梁振动控制的可行性,为发展基于电流变材料的运动柔性梁自适应振动控制方法进行探索性研究,为高速、高加速度运动柔性机械臂的振动控制提供新的理论和方法。本文主要的研究工作和成果如下:1)基于高阶剪切变形理论和von-Karman应变场理论,采用Hamilton变分原理建立了大范围运动多层复合材料层合梁的非线性动力学模型。该模型在建模过程中不仅考虑了夹层结构运动梁的大范围刚体运动与弹性小变形之间的非线性惯性耦合关系及材料层合间的结构特性,而且假设梁的厚度和变形位移足够大。推导得到的动力学控制方程既能用于电流变夹层结构运动梁的动力学研究,也为其他同类问题的相关研究提供了一个较完整的动力学模型。2)将电流变材料等效为复模量受外加电场控制的粘弹性材料,在第二章大范围运动复合材料层合结构梁动力学建模理论的基础上,导出了电流变夹层结构运动梁的有限元控制方程。具体以做旋转运动的电流变夹层梁为分析对象,研究了外加电场强度、旋转速度和电流变材料芯层厚度等参数对梁的固有频率与模态损耗因子的影响。数值仿真结果显示,外加电场强度的增大能提高旋转运动电流变夹层梁的刚度和模态