面向结构型面控制的压电纤维驱动器与驱动器布局协同优化设计

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1、犬裡－大學ＤＡＬＩＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士奪位论文ＭＡＳＴＥＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ‘：Ｍ＜Ｉ５Ｉ面向结构型面控制的压电纤维驱动器与驱动器布局协同优化设计车辆工程学科专业——作者姓名—ＪＩ—＿ｆ＿＾指导教师？仁曼＿皿答雜日朋２０１５年６月．Ｉ．；＂＇；＇＇Ｊ‘，Ｗ＊—＇？？．‘．ｉ二ｊＶｒｒｉｉ＾ｋＶｌｉ．“．．．Ｖ硕士学位论文面向结构型面控制的压电纤维驱动器与驱动器布局协同优化设计Ｉｎｔｅｒ

2、ａｔｅｄｄｅｓｉｎｏｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍａｃｒｏｆｉｂｅｒｃｏｍｏｓｉｔｅｓａｎｄｇｇｐｐＭＦＣ－Ｌａｏｕｔｆｏｒｍｆｏｒｍｏｒｈｉｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓｈａｅｓｙｐｇｐ作者姓名：张璧学科、专业：车辆工程学号：２１２２２０１１指导教师：高仁璟教授完成日期：２０１５年５月４日大理工大營ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中巳经注明引

3、用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体巳经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果一。与我同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：面向结构型面控制的压电纤维驱动器与驱动器布局协同优化设计作者签名？ｏｒ年月：日期：；ｉ／ｒ日＿大连理工大学硕士学位论文摘要能够根据工作环境改变飞机翼面形状的自适应变形能力是未来航空、航天飞行器结构设计追求的重要目标。压电纤维复合驱动器（ＭａｃｒｏＦｉｂｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔ

4、ｅ，ＭＦＣ）以其质量轻、适应性好、响应速度快、高驱动应变能密度等优点得到了广泛的应用。如何在低成本下高飞机翼面的变形控制精度与稳定性已成为一个重要的研宄课题。本文以机翼，提型面控制为研究背景，研宄了压电纤维复合驱动器内部结构几何参数对驱动器性能的影响际驱动型面与理想型面的均方差最小为优化目标，建立了面向型面控制需求的；以实驱动器布局和驱动器控制参数优化设计模型；研制了由压电纤维复合驱动器驱动的类机翼试件，实验结果充分验证了本文所提出的面向结构型面控制的驱动器布局和控制参数协同优化设计模型的有效性和可行性。本论文具体研宄工作如下：（

5、１）建立压电纤维复合驱动器的结构设计与分析模型。以压电纤维复合驱动器的电极宽度、电极指间距、压电纤维厚度、压电纤维体积分数为优化对象，以驱动器驱动应变最大为优化目标，建立了影响驱动器驱动性能的结构参数协同优化设计模型。仿真一：结果表明由于均勾电场与不均勾电场的存在，驱动器的电极宽度有个驱动应变极值点，电极指间距与压电纤维厚度均越小对驱动应变越有利，而压电纤维的体积分数越大，驱动性能越好，。但考虑到加工工艺、电击穿、脆性等因素在设计中需要综合考虑驱动器的结构参数。（２）建立了基于有限元算法的驱动电压对翼面结构形状控制优化模型。分别建立

6、一了单电压，、多个不同驱动电压控制的优化设计模型仿真结果表明：基于多个不同控一制电压的型面结构，弯曲变形的型面均方差相比于单控制电压均方差提高了近４２一．２８％变形的型面均方差相比于单３．８２％；扭转控制电压均方差提高了；弯扭变形的型面均方差相比于单一控制电压均方差提高了２６．７１％。（３）建立了基于遗传算法的驱动器布局与控制参数协同优化模型。以驱动器的铺设位置、铺设角度、层数、对称性以及控制电压为设计变量，以驱动器的击穿电压、铺设位置限制等为约束，建立多参数下弯曲、扭转、弯扭型面的协同优化设计模型。研究了驱动器数量对变形精度的影响

7、，制作了具有６个驱动器的类机翼测试平台，仿真与实验结果高度吻合。本论文得到国家９７３重点基础发展计划资助项目（ＮＯ．２０１１ＣＢ６１０３０４）、国家自然科学基金项目（１１３７２０６３）和中航产学研专项资金资助项目（ＣＸＹ２０１１ＤＧ３４）的资助，在此表示感谢。关键词：压电纤维复合驱动器；飞机翼面；协同优化设计；变体飞行器；结构形状控制Ｉ面向结构型面控制的压电纤维驱动器与驱动器布局协同优化设计Ｉｎｔｅｒａｔｅｄｄｅｓ－ｇｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍａｃｒｏｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄＭＦＣＬａｏ

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