高压放大器在宏纤维复合材料研究中的应用

实验名称：复合材料对夹层板壳结构的噪声振动控制

研究方向：智能材料中的重要角色-压电材料，具有耐久性良好、环境适应性强等优势，已经成为研究热门。宏纤维复合材料(MFC)的柔韧性好、出力大，是一种新型高性能的压电智能材料，MFC主要由压电陶瓷纤维、环氧树脂基和叉指电极三个部分共同组成。它的逆压电效应可以用来制作作动器，正压电效应可以用来制作传感器。MFC适合应用于轻质结构，如应用于板壳类结构的主动振动控制中。

实验目的：探究MFC对夹层板壳结构的振动控制效果，验证带有回路传输恢复的LQG/LTR主动控制算法的有效性。通过未填充和填充PMI泡沫的夹层板壳结构对比，分析嵌入式和外粘式MFC在夹层板壳结构振动控制中的性能差异。

测试设备：高压放大器、信号源、惯性式激振器、信号调理器、压电式加速度传感器、MFC作动器、dSPACE实时仿真系统等

实验过程：

图：振动控制试验技术路线图

搭建夹层板壳结构振动控制系统，然后进行MFC集成。

（1）未填充PMI泡沫夹层板壳结构粘贴1片MFC，集成方法为外粘式。MFC粘贴于上表层板外表面。

（2）填充PMI泡沫夹层板壳结构粘贴2片MFC，嵌入式和外粘式MFC各一片。嵌入式MFC位于PMI泡沫和碳纤维表层交界处，外粘式MFC粘贴于上表层板外表面。

对于未填充PMI泡沫夹层板壳结构，按照作动器优化布置位置，布置MFC作动器，然后布置压电加速度传感器。如图2所示。

图2：未填充夹层板壳结构MFC和传感器位置

对于填充PMI泡沫夹层板壳结构，按照传感器优化布置位置，压电加速度传感器进行布置。为了将外粘式MFC和内嵌式MFC两种集成方式的控制效果进行对比，然后对MFC作动器位置进行适当调整。在同一位置进行两种不同方式的集成。如图3所示。

图3：填充夹层板壳结构MFC和传感器位置

（1）未填充PMI泡沫夹层板壳结构，选取前3阶固有频率（69.10Hz、79.90Hz、86.00Hz）作为激振频率，激励波形为正弦波。

（2）填充PMI泡沫夹层板壳结构，选取100Hz、125Hz和第1阶固有频率（143.02Hz）作为激振频率，激励波形为正弦波。

实验结果：

图4：100Hz激励频率

由图4可知，外粘式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小15.14%，PMI泡沫中点加速度响应减小13.48%。内嵌式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小32.97%，PMI泡沫中点加速度响应减小26.95%。

图5：125Hz激励频率

由图5可知，外粘式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小13.79%，PMI泡沫中点加速度响应减小17.27%。内嵌式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小29.13%，PMI泡沫中点加速度响应减小27.92%。

图6：143.02Hz激励频率

由图6可知，外粘式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小30.40%，PMI泡沫中点加速度响应减小29.51%。内嵌式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小50.10%，PMI泡沫中点加速度响应减小47.56%。

图7：白噪声激励

由图7可知，内嵌式MFC作用下，夹层板壳结构中点加速度响应减小幅度大于外粘式MFC作用下的减小幅度。

对于填充PMI泡沫夹层板壳结构，在100Hz和125Hz比在143.02Hz简谐荷载激励下，加速度响应幅值控制效果低12.25-16.04%。这说明控制系统对固有频率的减振效果优于非固有频率减振效果。内嵌式MFC比外粘式MFC控制效果高10.65%-18.05%，这说明内嵌式MFC能比外粘式MFC有更优越的作动效果。

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审核编辑 黄宇