螺栓连接多面板组件的非线性气动颤振特性及其负电容压电分流阻尼主动控制研究

《Scientific Reports》：Aerodynamic stability enhancement and nonlinear flutter control in piezoelectric integrated bolted multi-plate assemblies under dynamic flow conditions

　　

摘要

当前研究工作聚焦于螺栓连接多面板组件（BJMP）的气动稳定性与主动非线性颤振控制。该结构类型因具有非线性气动弹性特性，并伴有连接面摩擦与流体动力学效应，给此类结构的安全性带来了巨大挑战。为抑制颤振现象，在该结构上附加了压电传感器与执行器，并通过负电容压电分流阻尼电路（NC-PSDC）进行分流。研究建立了BJMP系统的完整理论，其中纳入了各边缘部分弹性能与动能的贡献，并利用哈密顿变分原理求解混合多面板组件的能量泛函。最终的特征值问题给出复数特征值；颤振的出现标志为任意一对特征值具有正的实部，从而确定临界颤振气动压力（CFAP）及无量纲CFAP（NCFAP）。当系统超过临界颤振状态时，非线性现象通过时步法进行处理，该方法结合了牛顿迭代技术与Newmark积分技术。研究表明，NC-PSDC通过组合机制提升气动稳定性：分流电路改变耦合面板-电路系统的有效机电刚度，而电路的电阻支路则耗散振动能量。其综合效果是显著降低非线性颤振振荡，前提是将负电容比控制在最优极限以下。