压电智能结构振动控制的ANSYS数值模拟与性能分析

"压电智能结构振动控制的数值模拟 (2010年)，作者：钱锋，王建国，发表于《合肥工业大学学报(自然科学版)》2010年第1期，主要探讨了压电传感器/激励器在结构振动控制中的应用，通过ANSYS的APDL语言构建了数值模拟程序，研究了P、PD和PID控制器的效果，并对比了一对与多对压电片的控制差异。" 压电智能结构振动控制是现代工程领域中一个重要的研究方向，特别是在航空航天、建筑和机械工程中，对于减少结构振动、提高设备稳定性具有重要意义。本文针对这一主题进行了深入研究，主要涉及以下几个方面的知识点： 1. 压电效应：压电材料能够在受到机械应力时产生电荷，或者在电场作用下发生形状变化，这种特性使得压电材料成为实现主动振动控制的理想选择。压电传感器可以感知结构的微小振动，而压电激励器则能够通过反向作用力抵消这些振动。 2. 有限元动力方程：为了精确分析压电智能结构的振动行为，文章建立了考虑压电元件刚度和质量的有限元动力方程。有限元方法是一种常用的数值计算技术，它将复杂结构分解成许多简单的元素，通过求解每个元素的局部问题来获得整个结构的全局解。 3. ANSYS参数化语言(APDL)：APDL是ANSYS软件的一种高级编程语言，允许用户自定义和自动化复杂的模拟过程。在这里，作者利用APDL编写了数值模拟程序，用于模拟压电智能结构的振动控制过程。 4. 控制器性能比较：文章比较了P、PD和PID控制器在应对干扰荷载时的控制效果。P控制器仅依赖于误差的大小，PD控制器同时考虑误差和变化率，而PID控制器综合了前两者，通常能提供更优的控制性能。通过对比，研究者可以优化控制器参数以达到最佳振动抑制效果。 5. 控制策略影响：研究还探讨了使用一对压电片与多对压电片对系统振动控制的影响。理论上，增加压电片的数量可以增强控制能力，但同时也可能增加系统的复杂性和成本。 6. 数值仿真验证：通过具体的数值算例，作者对理论分析进行了仿真验证，这不仅证实了理论模型的正确性，也为实际工程应用提供了参考。 该研究通过建立压电智能结构的动力模型，采用ANSYS的高级功能进行数值模拟，系统地研究了压电材料在振动控制中的应用，为实际工程提供了有价值的理论指导。这些研究成果有助于优化振动控制系统的设计，提高结构的安全性和耐久性，对于进一步提升压电智能结构的振动控制技术具有积极的推动作用。