对具有缺口裂纹的复合材料单片叶弹簧进行电压依赖性主动振动控制的实验与数值研究

《Scientific Reports》：Experimental and numerical investigation of voltage-dependent active vibration control on a notch-cracked composite mono leaf spring

　　

摘要

本文通过实验和数值研究相结合的方法，探讨了主动振动控制系统（AVCS）在汽车悬挂系统中应用于开裂的玻璃纤维增强聚合物（GFRP）复合单叶弹簧上的效果。据作者所知，这一应用在现有文献中鲜有研究。研究选取了典型的轻型车辆悬挂部件——T-3锥形E玻璃/环氧树脂单叶弹簧，并在其跨度中点的位置制造了一个可控的横向裂纹（该位置是通过HyperWorks OptiStruct中的有限元谐波分析确定的最大谐波位移区）。通过计算（使用HyperMesh/OptiStruct）和实验（使用OROS OR34 FFT分析仪，在自由-自由边界条件下通过移动锤子激振）方法，测定了未开裂和开裂弹簧的前六个固有频率。为了研究电压对振动抑制效果的影响，在振幅最大的反节点处（节点3和4之间）粘贴了SP-5 H型锆钛酸铅（PZT）压电片，并通过定制的印刷电路板在0.62 V和3.56 V两个不同电压下对其施加信号。在3.56 V电压下，弹簧的基本固有频率降至1.27 Hz，主共振幅值降低了95%。在激活AVCS后，通过XFEM分析应力强度因子发现，主动振动控制系统使裂纹驱动力减少了80%。研究结果证明了基于PZT的主动控制技术对于劣化复合悬挂部件的结构健康维护和疲劳寿命延长具有可行性。