CN110633500B - 壳类结构振动响应的控制方法及装置、存储介质、计算机设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了壳类结构振动响应的控制方法及装置、存储介质、计算机设备，涉及机械动力学技术领域，可以实现对层合圆柱壳等壳类结构振动响应的控制。其中方法包括：建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程；根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度；根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应。本申请适用于多种复杂边界，更贴近实际工程的应用。

Description

壳类结构振动响应的控制方法及装置、存储介质、计算机设备

技术领域

本申请涉及机械动力学技术领域，尤其是涉及到壳类结构振动响应的控制方法及装置、存储介质、计算机设备。

背景技术

目前，对于层合圆柱壳振动控制的研究主要为，在薄壁圆柱壳的表面全部布满压电层，基于有限元法或者哈密顿原理进行建模，从而实现对层合圆柱壳振动控制的分析。但是，在实际工程的应用中，在整个圆柱壳表面全部布满压电材料的成本是巨大的，也是难以实现的。

此外，在实际工程的应用中所使用的圆柱壳的边界是十分复杂的，很难存在理想的简支、固支、自由边界的圆柱壳结构。因此，基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析，得到的分析结果的准确度并不高。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了壳类结构振动响应的控制方法及装置、存储介质、计算机设备，主要目的在于解决现有通过在薄壁圆柱壳的表面全部布满压电层对层合圆柱壳振动控制进行分析，成本较高，以及基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析，得到的分析结果的准确度较低的技术问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种壳类结构振动响应的控制方法，该方法包括：

建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；

根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程；

根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度；

根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应；

其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层。

根据本申请的另一方面，提供了一种壳类结构振动响应的控制装置，该装置包括：

建立模块，用于建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；

边界模拟模块，用于根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程；

位移模块，用于根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度；

控制模块，用于根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应；

其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层。

依据本申请又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述壳类结构振动响应的控制方法。

依据本申请再一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述壳类结构振动响应的控制方法。

借由上述技术方案，本申请提供的壳类结构振动响应的控制方法及装置、存储介质、计算机设备，与基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析的技术方案相比，本申请通过建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳，根据层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程，并根据第一能量方程和第二能量方程，计算得到层合圆柱壳的位移和速度，以便根据计算得到的层合圆柱壳的位移和速度，控制层合圆柱壳的振动响应。可见，通过建立一种非连续分布压电层的层合圆柱壳模型，使其适用于任意压电层数量及大小的层合圆柱壳，以及利用建立的点约束弹性边界模拟层合圆柱壳模型的多种边界情况，以使所建立的层合圆柱壳模型适用于多种复杂边界，更贴近实际工程的应用，从而进一步基于模拟的更贴近实际工程的层合圆柱壳模型，利用压电层控制层合圆柱壳模型进行振动响应，能够有效实现对层合圆柱壳等壳类结构振动响应的抑制。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种壳类结构振动响应的控制方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种壳类结构振动响应的控制方法的流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的点约束弹性边界条件下的包含非连续压电层的层合圆柱壳的示意图一；

图4示出了本申请实施例提供的点约束弹性边界条件下的包含非连续压电层的层合圆柱壳的示意图二；

图5示出了本申请实施例提供的点约束弹性边界条件下的包含非连续压电层的层合圆柱壳的示意图三；

图6示出了本申请实施例提供的非连续压电层的分布位置的示意图；

图7示出了本申请实施例提供的基于不同放大因子的时域响应的示意图；

图8示出了本申请实施例提供的一种壳类结构振动响应的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

针对现有通过在薄壁圆柱壳的表面全部布满压电层对层合圆柱壳振动控制进行分析，成本较高，以及基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析，得到的分析结果的准确度较低的技术问题。本实施例提供了一种壳类结构振动响应的控制方法，能够使其适用于包含任意压电层大小及数量的层合圆柱壳以及多种边界情况，从而进一步地基于模拟的更贴近实际工程的层合圆柱壳模型，利用压电层控制层合圆柱壳模型进行振动响应，能够有效实现对层合圆柱壳等壳类结构振动响应的抑制。如图1所示，该方法包括：

101、建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层。

在本实施例中，压电层为采用压电材料制成的压电薄膜，压电层材料为聚偏氟乙烯PVDF。通过建立包含非连续分布压电层的层合圆柱壳模型，使其适用于任意压电层大小及数量。

102、根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程。

在本实施例中，基于建立的具有点约束弹性边界的层合圆柱壳模拟层合圆柱壳模型的多种边界情况，以使所建立的层合圆柱壳模型适用于多种复杂边界，更贴近实际工程的应用。

103、根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度。

104、根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应。

对于本实施例可以按照上述方案，通过建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳，根据层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程，并根据第一能量方程和第二能量方程，计算得到层合圆柱壳的位移和速度，以便根据计算得到的层合圆柱壳的位移和速度，控制层合圆柱壳的振动响应。与基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析的技术方案相比，本申请通过建立一种非连续分布压电层的层合圆柱壳模型，使其适用于任意压电层数量及大小的层合圆柱壳，以及利用建立的点约束弹性边界模拟层合圆柱壳模型的多种边界情况，以使所建立的层合圆柱壳模型适用于多种复杂边界，更贴近实际工程的应用，从而进一步基于模拟的更贴近实际工程的层合圆柱壳模型，利用压电层控制层合圆柱壳模型进行振动响应，能够有效实现对层合圆柱壳等壳类结构振动响应的抑制。

进一步地，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的具体实施过程，提供了另一种壳类结构振动响应的控制方法，如图2所示，该方法包括：

201、建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层。

具体实施中，建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳模型，如图3、4、5所示，在层合圆柱壳的中曲面建立坐标系(x，θ，z)。为了简化计算，引入无量纲参数ξ＝x/L。层合圆柱壳中间基底层厚度h＝0.002m，压电层厚度h_a＝h_s＝0.001m，长度L＝0.1m，半径R＝0.1m。其中，基底层材料的弹性模量E^b＝20GPa，密度ρ^b＝7850kg·m^-3，泊松比μ^b＝0.26；在层合圆柱壳的(0.1，0)处施加50N的径向脉冲激励，拾振位置为(0.1，π/16)。

202、利用切比雪夫多项式计算所述层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势。为了说明步骤202的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤202具体可以包括：

2021、利用切比雪夫多项式对所述层合圆柱壳的轴向位移进行拟合，得到拟合后的层合圆柱壳的轴向位移。

具体实施中，拟合后的层合圆柱壳轴向位移的表达式具体为：

T₀(ξ)＝1,T₁(ξ)＝ξ,T_m+1(ξ)＝2ξT_m(ξ)-T_m-1(ξ),(m≥2)；

其中，ξ为层合圆柱壳x轴的无量纲化轴向坐标。T(ξ)为第一类切比雪夫多项式，其定义域为[-1，1]，若ξ的范围为[0，1]，则将T(ξ)转换成T^*(ξ)，具体计算公式为，

基于切比雪夫多项式对层合圆柱壳模型的轴向振型进行模拟，使得模拟后的层合圆柱壳模型的轴向振型具有良好的收敛性及计算效率，并进一步通过提高截断项数提升计算结果的准确度。

2022、根据拟合后的层合圆柱壳的轴向位移，计算得到层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势。

具体实施中，基于层合圆柱壳x轴的无量纲化轴向坐标，根据拟合后的层合圆柱壳轴向位移，计算得到层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势分布函数，其分布函数展开式具体为：

其中，u、v、w分别为单位时间内层合圆柱壳在轴向、环向、径向的位移，φ_x、φ_θ分别为单位时间内绕x轴和θ轴的扭转角，ψ_s，ψ_a分别为单位时间内感应层s和作动层a的面内电势分布函数。a_mn、b_mn、c_mn、d_mn、e_mn、f_mn、g_mn为待确定的未知常数系数，q和ψ为广义坐标的值和电势的值。根据实际工程的应用，设定计算模态n以及计算项数NT，计算项数越多计算越准确，但计算效率越慢。

此外，

为适应边界条件下的层合圆柱壳在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势的模态向量，其计算公式具体为：

203、根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的力与力矩。为了说明步骤203的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤203具体可以包括：

2031、根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量。

具体实施中，根据一阶剪切壳理论，层合圆柱壳表面上任意点的应变计算公式具体为：

其中，ε_x、ε_θ、γ_xθ、γ_θz、γ_xz、κ_x、κ_θ、κ_xθ为基于x、θ、z的主应变、剪切应变以及曲率分量，下标(0)表示层合圆柱壳的中曲面。基于一阶剪切壳理论，根据单位时间内层合圆柱壳在轴向、环向、径向的位移，计算得到层合圆柱壳的中曲面应变；根据单位时间内层合圆柱壳在轴向、环向、径向的位移和绕x轴和θ轴的扭转角，计算得到剪切应变；以及，根据单位时间内层合圆柱壳绕x轴和θ轴的扭转角，计算得到曲率向量，计算公式具体为：

应变包括基底层应变和压电层应变，基底层应变的计算公式具体为：

其中，基底层材料的二维刚度矩阵Q^b的计算公式具体为：

其中，根据层合圆柱壳基底层材料设定E^b和μ^b的值。

压电层应变和电位移D的计算公式具体为：

其中，根据层合圆柱壳压电层材料设定Qⁱ、eⁱ、ζⁱ的值，例如，弹性常数

分别为238.24、3.98、23.6、2.15、6.43GPa，压电常数e₃₁、e₃₂、e₂₄、e₁₅分别为-0.13、-0.14、-0.01、-0.01C·m^-2，介电常数ζ₁₁、ζ₂₂、ζ₃₃分别为0.885、0.885、10.6×10^-11F·m^-1。

根据层合圆柱壳压电层单位时间内基于弹性变形引起的面内电势

计算得到压电层各方向的电场向量Eⁱ，计算公式具体为：

其中，根据单位时间内层合圆柱壳感应层a和作动层s的面内电势ψ_a，ψ_s计算得到压电层基于弹性变形引起的感应层a和作动层s的面内电势

计算公式具体为：

其中，z_a为相对于作动层中曲面的坐标，z_a＝z-(h+h_a)/2。z_s为相对于作动层中曲面的坐标，z_s＝z+(h+h_s)/2，根据层合圆柱壳的结构尺寸设定h、h_a、h_s的值，z为层合圆柱壳上任一点沿径向的位置坐标。

2032、根据所述层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量，计算得到层合圆柱壳的力与力矩。

具体实施中，层合圆柱壳的力与力矩包括基底部分的力与力矩和压电-基底部分的力与力矩。根据层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量，计算得到基底部分的力N、力矩M和剪力Q，计算公式具体为：

其中，k_c为剪切修正系数，取值为5/6，根据(3)中基底层材料的二维刚度矩阵Q^b，分别计算得到拉伸矩阵、耦合矩阵和弯曲矩阵

其计算公式具体为：

根据层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量，计算得到压电—基底层合部分的力N、力矩M和剪力Q，计算公式具体为：

其中，拉伸矩阵、耦合矩阵、弯曲矩阵的计算公式具体为：

其中，

为压电层产生的力和力矩，其计算公式具体为：

204、根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程。

具体实施中，根据层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下的层合圆柱壳的弹性势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程，具体为：

层合圆柱壳的弹性势能U_ε的计算公式具体为：

层合圆柱壳的动能T的计算公式具体为：

边界弹簧产生的弹簧势能

的计算公式具体为：

根据实际的工程应用需要，设置非连续分布压电层的数量为1段，此处不对非连续分布压电层的数量进行具体限定。压电层的分布位置如图6所示，取N_ξ＝5，N_θ＝20，ξ＝0，θ＝4，则ξ′₁＝0.2，θ′₁＝4.3142；

具体实施中，层合圆柱壳中压电层的数量为NP，第s块压电层的起始坐标为(ξ_s,θ_s)，终止坐标为(ξ′_s,θ′_s)，没有压电层的位置的起始坐标

终止坐标为

其数量为

U为层合圆柱壳的弹性势能，T为层合圆柱壳的动能，

为边界弹簧的弹性势能

为在边界约束点(0，θ_α)处不同方向的弹簧刚度的值，

为在边界约束点(1，θ_α)处弹簧刚度的值；I_i是与材料密度有关的惯性耦合项，其计算公式具体为：

其中，ρ_a，ρ_b，ρ_s分别为层合圆柱壳作动层、基底层、感应层的密度。

205、根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到解耦后的运动微分方程。所述点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程是指，点约束弹性边界下层合圆柱壳的势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程，为了说明步骤205的具体实施方式，作为一种优选实施例，步骤205具体可以包括：

2051、根据点约束弹性边界下层合圆柱壳的势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程，以及点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的固有频率，得到机电耦合的运动微分方程。

具体实施中，将能量方程(包括具有点约束弹性边界的层合圆柱壳的弹性势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程)带入拉格朗日方程得到机电耦合的运动微分方程，具体为：

将能量方程带入拉格朗日方程得到，

进一步地，得到机电耦合的运动微分方程为：

其中，

其中，M_qq，C_R和K_qq分别为系统的质量矩阵、瑞利阻尼矩阵和刚度矩阵，K_spr为弹簧刚度矩阵，K_qψ为机电耦合矩阵，K_ψψ为电势刚度矩阵，F是径向的单点脉冲激励，P为作动层的控制电压，q为层合圆柱壳的广义位移，(·)为对时间t求导；ψ^A和ψ^S是感应层和作动层的感应电势；δ()为狄拉克函数。

进一步地，C_R＝αM_qq+βK，α、β为Rayleigh阻尼系数，计算公式具体为：

其中，ξ₁、ξ₂为阻尼系数，此处取值为0.04，ω₁、ω₂为层合圆柱壳的一阶、二阶固有频率。

进一步地，根据层合圆柱壳的特征方程，计算点约束弹性边界下层合圆柱壳的固有频率。其中，层合圆柱壳结构的特征方程的计算公式具体为：

(K-ω²M_qq)A＝0；

其中，

ω为固有频率，A为对应ω的特征向量。利用Matlab等计算软件计算得到上述特征方程的特征值，即固有频率。

2052、根据得到的机电耦合的运动微分方程，利用速度负反馈得到解耦后的运动微分方程。

具体实施中，设定控制策略为速度负反馈，即利用计算公式

对机电耦合的运动微分方程进行解耦，得到解耦后的运动微分方程。计算公式具体为：

其中，C＝C_A+C_R，C_A是通过控制电势产生的阻尼，

206、根据解耦后的运动微分方程，利用纽马克法计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度。

具体实施中，基于纽马克法，设定初值极小量位移X₀、速度

加速度

外激励f₀，时间步长等参数后计算积分常数a_i，根据解耦后的运动微分方程得到有效刚度矩阵

通过计算t+Δt时刻的有效载荷

计算得到层合圆柱壳的位移X_t+Δt和速度，计算公式具体为：

207、根据得到的层合圆柱壳的位移和速度，通过调整所述速度负反馈中的放大因子控制压电层对所述层合圆柱壳的振动响应。

具体实施中，利用纽马克法对受径向单点脉冲激励的层合圆柱壳的时域响应进行求解，得到层合圆柱壳的位移和速度，以便根据得到的层合圆柱壳的位移和速度，通过调整速度负反馈中的放大因子G_F抑制压电层对层合圆柱壳的振动响应，具体为，当放大因子G_F为0时的时域响应如图7(a)所示，调整放大因子G_F为0.1时的时域响应如图7(b)所示。可见，通过对压电层材料施加一定量的电压从而实现对放大因子G_F的调整，即通过增加层合圆柱壳结构的阻尼来达到减振的效果。

通过应用本实施例的技术方案，建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳，根据层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程，并根据第一能量方程和第二能量方程，计算得到层合圆柱壳的位移和速度，以便根据计算得到的层合圆柱壳的位移和速度，控制层合圆柱壳的振动响应。与基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析的技术方案相比，能够基于模拟的更贴近实际工程的层合圆柱壳模型，利用压电层控制层合圆柱壳模型进行振动响应，从而有效实现对层合圆柱壳等壳类结构振动响应的控制。

进一步的，作为图1方法的具体实现，本申请实施例提供了一种壳类结构振动响应的控制装置，如图8所示，该装置包括：建立模块81、边界模拟模块84、能量模块85、控制模块86。

建立模块81，用于建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层。

边界模拟模块84，用于根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程。

能量模块85，用于根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度。

控制模块86，用于根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应。

在具体的应用场景中，还包括位移模块82、力与力矩模块83。

在具体的应用场景中，位移模块82，用于利用切比雪夫多项式计算所述层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势。

力与力矩模块83，用于根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的力与力矩。

在具体的应用场景中，位移模块82，具体用于：利用切比雪夫多项式对所述层合圆柱壳的轴向位移进行拟合，得到拟合后的层合圆柱壳的轴向位移；以及，根据拟合后的层合圆柱壳的轴向位移，计算得到层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势。

力与力矩模块83，具体用于：根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量；以及，根据所述层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量，计算得到层合圆柱壳的力与力矩。

在具体的应用场景中，能量模块85，具体用于：根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到解耦后的运动微分方程；以及，根据解耦后的运动微分方程，利用纽马克法计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度。

在具体的应用场景中，所述点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程是指，点约束弹性边界下层合圆柱壳的势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程；根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到解耦后的运动微分方程，具体包括：根据点约束弹性边界下层合圆柱壳的势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程，以及点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的固有频率，得到机电耦合的运动微分方程；以及，根据得到的机电耦合的运动微分方程，利用速度负反馈得到解耦后的运动微分方程。

在具体的应用场景中，控制模块86，具体用于：根据得到的层合圆柱壳的位移和速度，通过调整所述速度负反馈中的放大因子控制压电层对所述层合圆柱壳的振动响应。

需要说明的是，本申请实施例提供的一种壳类结构振动响应的控制装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图1和图2中的对应描述，在此不再赘述。

基于上述如图1和图2所示方法，相应的，本申请实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1和图2所示的壳类结构振动响应的控制方法。

基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景所述的方法。

基于上述如图1、图2所示的方法，以及图8所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本申请实施例还提供了一种计算机设备，具体可以为个人计算机、服务器、网络设备等，该实体设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1和图2所示的壳类结构振动响应的控制方法。

可选的，该计算机设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(RadioFrequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI-FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如蓝牙接口、WI-FI接口)等。

本领域技术人员可以理解，本实施例提供的一种计算机设备结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理计算机设备硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现存储介质内部各组件之间的通信，以及与该实体设备中其它硬件和软件之间通信。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与基于现有经典边界条件对层合圆柱壳振动控制进行分析的技术方案相比，本实施例能够通过建立一种非连续分布压电层的层合圆柱壳模型，使其适用于任意压电层数量及大小的层合圆柱壳，以及利用建立的点约束弹性边界模拟层合圆柱壳模型的多种边界情况，以使所建立的层合圆柱壳模型适用于多种复杂边界，更贴近实际工程的应用，从而进一步基于模拟的更贴近实际工程的层合圆柱壳模型，利用压电层控制层合圆柱壳模型进行振动响应，能够有效实现对层合圆柱壳等壳类结构振动响应的控制。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种壳类结构振动响应的控制方法，其特征在于，包括：

建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；

根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程；

根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度；

根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应；

其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层；

所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程为所述层合圆柱壳的弹性势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程之前，还包括：

利用切比雪夫多项式计算所述层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势；

根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的力与力矩。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用切比雪夫多项式计算所述层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移，具体包括：

利用切比雪夫多项式对所述层合圆柱壳的轴向位移进行拟合，得到拟合后的层合圆柱壳的轴向位移；

根据拟合后的层合圆柱壳的轴向位移，计算得到层合圆柱壳单位时间内在轴向，环向，径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的力与力矩，具体包括：

根据所述层合圆柱壳单位时间内在轴向、环向、径向的位移、绕x轴和θ轴的扭转角及压电层的面内电势，计算得到层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量；

根据所述层合圆柱壳的应力、应变、曲率向量，计算得到层合圆柱壳的力与力矩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度，具体包括：

根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到解耦后的运动微分方程；

根据解耦后的运动微分方程，利用纽马克法计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程是指，点约束弹性边界下层合圆柱壳的势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程；根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到解耦后的运动微分方程，具体包括：

根据点约束弹性边界下层合圆柱壳的势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程，以及点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的固有频率，得到机电耦合的运动微分方程；

根据得到的机电耦合的运动微分方程，利用速度负反馈得到解耦后的运动微分方程。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应，具体包括：

根据得到的层合圆柱壳的位移和速度，通过调整所述速度负反馈中的放大因子控制压电层对所述层合圆柱壳的振动响应。

8.一种壳类结构振动响应的控制装置，其特征在于，包括：

建立模块，用于建立具有点约束弹性边界的层合圆柱壳；

边界模拟模块，用于根据所述层合圆柱壳的力与力矩，计算得到点约束弹性边界下所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程；

能量模块，用于根据所述第一能量方程和第二能量方程，计算得到所述层合圆柱壳的位移和速度；

控制模块，用于根据计算得到的所述层合圆柱壳的位移和速度，控制所述层合圆柱壳的振动响应；

其中，所述层合圆柱壳包括非连续分布的压电层；

所述层合圆柱壳的第一能量方程，以及边界弹簧产生的第二能量方程为所述层合圆柱壳的弹性势能和动能方程，以及边界弹簧产生的弹簧势能方程。

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的壳类结构振动响应的控制方法。

10.一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7中任一项所述的壳类结构振动响应的控制方法。

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