【摘 要】
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为了在无阻尼、微重力的太空环境中对大型可展开式空间柔性索网结构中索网的振动进行被动控制,本文作者基于谐振分流电路被动控制理论,利用PVDF压电薄膜材料设计了一种筒状柔性压电薄膜阻尼结构。其外接电路的电极可以有两种形式,分别用来吸收弦索纵向振动与弦索横向振动时的动能。两片电极分别分布在筒状压电薄膜内外两侧并外接谐振分流电路的压电薄膜阻尼系统称为盘卷式压电薄膜阻尼系统,若干片长条状电极均匀分布在筒状压
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为了在无阻尼、微重力的太空环境中对大型可展开式空间柔性索网结构中索网的振动进行被动控制,本文作者基于谐振分流电路被动控制理论,利用PVDF压电薄膜材料设计了一种筒状柔性压电薄膜阻尼结构。其外接电路的电极可以有两种形式,分别用来吸收弦索纵向振动与弦索横向振动时的动能。两片电极分别分布在筒状压电薄膜内外两侧并外接谐振分流电路的压电薄膜阻尼系统称为盘卷式压电薄膜阻尼系统,若干片长条状电极均匀分布在筒状压电薄膜内外两侧,分别连接谐振分流电路的压电薄膜阻尼系统称为长条式压电薄膜阻尼系统。通过对大型可展开式空间索网结构的动力学特性的研究与谐振分流电路被动阻尼效果鲁棒性分析,确定以单一弦索和十字弦为研究对象,并以此为基础对压电薄膜阻尼系统的几何参数与电学参数进行设计与优化。通过建立压电薄膜阻尼系统的基本机电耦合模型与谐振分流电路基本理论的优化方法推导,本文给出此压电薄膜阻尼系统的几何参数与电学参数最优值,并利用数值计算方法进行验证,对被控结构的频域位移响应、时域位移响应、时域能量变化等特征量进行分析,验证了此压电薄膜阻尼系统的有效性。经过理论推导与数值模拟的的计算与分析,结果表明盘卷式压电薄膜阻尼系统在抑制单弦纵向振动时效果较好,可使弦索末端位移减小92%。在抑制单弦的横向振动时应选用长条式压电薄膜阻尼结构,抑振效果一般,一阶振动抑制效果为29%,二阶振动抑制效果为93%,并且存在一定残余振动。在对十字弦的振动进行被动控制中,采用盘卷式接法,将压电薄膜阻尼系统应用于中间竖向索上,取得了一定的控制效果,中点振幅减小了63%左右。数值模拟结果证明此应用于柔性弦索振动控制的压电薄膜阻尼系统设计方法在其基本形状、极化方向、几何参数、电学参数上的设计与优化是合理的,其对于柔性弦索的振动控制是有效的,为空间索网结构的振动控制提供了可行的研究方向。
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