应用案例

　　纤维增强复合材料在航空航天等领域应用广泛，但传统直纤维设计限制性能优化；双稳态层合板凭借两种稳态间的可逆跳变特性成为研究热点，然而直纤维构型刚度不可调。变刚度设计通过纤维曲线铺放实现面内刚度连续变化，可显著提升承载能力，但现有研究多聚焦直纤维板，变刚度构型及驱动控制机制不足。本文基于纤维角度线性变化模型，结合理论分析、有限元仿真和实验，系统研究变刚度双稳态板的稳态构型、压电驱动跳变、非线性动力学及PID振动控制，为可变形结构应用提供新方案。

　　实验名称：纤维曲线铺放变刚度双稳态板的动力学特性及振动控制研究

　　实验原理：本研究基于纤维曲线铺放变刚度理论，利用宏纤维复合材料（MFC）的逆压电效应驱动双稳态板产生面内刚度变化和稳态跳变；通过中心固支边界条件和多参数位移函数建立力学模型，结合Abaqus有限元仿真和实验装置（如信号发生器、高压放大器）进行验证；创新采用MFC粘贴角度优化和PID控制算法，实验表明能显著降低临界跳变电压（如VS-1型可至244V），并在0.3-2秒内快速抑制振动，为可变形结构提供高效控制方案。

　　实验框图：

　　实验实拍图：

　　实验过程：通过宏纤维复合材料（MFC）对变刚度双稳态板施加直流或正弦电压驱动，利用位移传感器和万用表实时监测层合板构型跳变及振动响应；分析表明在最佳驱动条件下（如Type-1板临界跳变电压542V），稳态跳变稳定发生，理论与实验误差仅为10.1%；在振动控制阶段，采用PID算法动态调节MFC控制电压，实现0.3-2秒内快速抑制自由振动，振幅衰减超90%。结果验证了MFC驱动跳变与振动控制的有效性，为变刚度结构在航空航天等领域的应用提供了可靠实验支撑。

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