實驗名稱：復合材料對夾層板殼結構的噪聲振動控制

研究方向：智能材料中的重要角色-壓電材料，具有耐久性良好、環境適應性強等優勢，已經成為研究熱門。宏纖維復合材料(MFC)的柔韌性好、出力大，是一種新型高性能的壓電智能材料，MFC主要由壓電陶瓷纖維、環氧樹脂基和叉指電極三個部分共同組成。它的逆壓電效應可以用來制作作動器，正壓電效應可以用來制作傳感器。MFC適合應用于輕質結構，如應用于板殼類結構的主動振動控制中。

實驗目的：探究MFC對夾層板殼結構的振動控制效果，驗證帶有回路傳輸恢復的LQG/LTR主動控制算法的有效性。通過未填充和填充PMI泡沫的夾層板殼結構對比，分析嵌入式和外粘式MFC在夾層板殼結構振動控制中的性能差異。

測試設備：高壓放大器、信號源、慣性式激振器、信號調理器、壓電式加速度傳感器、MFC作動器、dSPACE實時仿真系統等

實驗過程：

圖：振動控制試驗技術路線圖

搭建夾層板殼結構振動控制系統，然后進行MFC集成。

（1）未填充PMI泡沫夾層板殼結構粘貼1片MFC，集成方法為外粘式。MFC粘貼于上表層板外表面。

（2）填充PMI泡沫夾層板殼結構粘貼2片MFC，嵌入式和外粘式MFC各一片。嵌入式MFC位于PMI泡沫和碳纖維表層交界處，外粘式MFC粘貼于上表層板外表面。

對于未填充PMI泡沫夾層板殼結構，按照作動器優化布置位置，布置MFC作動器，然后布置壓電加速度傳感器。如圖2所示。

圖2：未填充夾層板殼結構MFC和傳感器位置

對于填充PMI泡沫夾層板殼結構，按照傳感器優化布置位置，壓電加速度傳感器進行布置。為了將外粘式MFC和內嵌式MFC兩種集成方式的控制效果進行對比，然后對MFC作動器位置進行適當調整。在同一位置進行兩種不同方式的集成。如圖3所示。

圖3：填充夾層板殼結構MFC和傳感器位置

（1）未填充PMI泡沫夾層板殼結構，選取前3階固有頻率（69.10Hz、79.90Hz、86.00Hz）作為激振頻率，激勵波形為正弦波。

（2）填充PMI泡沫夾層板殼結構，選取100Hz、125Hz和第1階固有頻率（143.02Hz）作為激振頻率，激勵波形為正弦波。

實驗結果：

圖4：100Hz激勵頻率

由圖4可知，外粘式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小15.14%，PMI泡沫中點加速度響應減小13.48%。內嵌式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小32.97%，PMI泡沫中點加速度響應減小26.95%。

圖5：125Hz激勵頻率

由圖5可知，外粘式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小13.79%，PMI泡沫中點加速度響應減小17.27%。內嵌式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小29.13%，PMI泡沫中點加速度響應減小27.92%。

圖6：143.02Hz激勵頻率

由圖6可知，外粘式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小30.40%，PMI泡沫中點加速度響應減小29.51%。內嵌式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小50.10%，PMI泡沫中點加速度響應減小47.56%。

圖7：白噪聲激勵

由圖7可知，內嵌式MFC作用下，夾層板殼結構中點加速度響應減小幅度大于外粘式MFC作用下的減小幅度。

對于填充PMI泡沫夾層板殼結構，在100Hz和125Hz比在143.02Hz簡諧荷載激勵下，加速度響應幅值控制效果低12.25-16.04%。這說明控制系統對固有頻率的減振效果優于非固有頻率減振效果。內嵌式MFC比外粘式MFC控制效果高10.65%-18.05%，這說明內嵌式MFC能比外粘式MFC有更優越的作動效果。

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審核編輯 黃宇