近年来,主动约束层阻尼(Active Constrained Layer Damping,.ACLD)作为一种新型智能材料被广泛应用于结构振动和噪声的控制.典型的ACLD结构分为三层:主动约束层(通常由压电材料制成)、粘弹性层(由粘弹性材料制成)和基结构.该类结构工作时,压电层约束粘弹性层的变形,迫使粘弹性层发生剪切不断耗散结构的振动能量.压电层在外加电场作用下产生应变,迫使粘弹性层产生额外剪切变形.同时,外加电场在压电层内诱导的控制力和控制力矩能通过粘弹性层传递到基结构,主动耗散振动能量. ACLD结构中,粘弹性层能有效抑制结构高频振动,而压电层能在电压控制器作用下控制结构低频振动.因此,ACLD集成了主动控制和被动控制的优点.作为一种新兴的主被动杂交的阻尼技术,ACLD在国防工业、航空航天、机械工程、能源交通、土木工程等各领域有着广泛的应用前景.对ACLD结构进行建模和振动控制研究,促进其在各领域的工程应用,具有十分重要的现实意义和相当诱人的潜在价值. 论文首先综述了国内外关于ACLD结构研究的大量文献,对国内外这方面的研究现状和发展趋势进行深入的论述,指出存在的问题,为进一步研究提供详细的资料背景.作者还介绍了本文的内容安排. 作者修正ACLD结构建模常用的一些基本假设,形成ACLD结构的纯剪切模型(Pure Shear Model,PSM),使用目前最新颖有效的数值建模方法-谱有限元法(Spectral Finite Element Method,SFEM)建立ACLD圆柱壳结构的频域控制方程,这在国内尚属首次.考虑到ACI_,D圆柱壳的动力形状函数复杂且难以求取,作者以谱传递矩阵法(Spectral Fransfer Matrix Method,STMM)为媒介,巧妙地直接获得ACLD全覆盖圆柱壳的谱单元方程.同时改进时域的模态应变能法,获得频域方程中模态损失因子的估算方法. 谱有限元法用于复杂ACLD结构时,特征方程不仅阶次高而且带有未知参数,求取动力形状函数相当困难.作者大胆提出谱有限元法的一种全新改进方法--谱条单元法(Spectral Strip Element Method,SSEM).该方法先将ACLD结构分成若干个谱单元,再将每个谱单元视为多个匀质材料条通过边界条件联结而成,使用满足匀质材料条齐次解耦动力学方程的简单动力形状函数来近似代替满足ACLD结构耦合动力学方程的复杂动力形状函数,组装这些条单元形成谱单元动力方程,最后按有限元法方式组装所有谱单元形成整个结构的谱动力方程并求解.该新方法既保留了谱有限元法精度高和单元少的优点,又避开了动力形状函数不易求取的困难.只要适当增加谱单元个数,就能弥补因动力形状函数近似带来精度下降的缺点.作者将谱条单元法用于ACLD梁结构、PCLD圆柱壳和ACLD圆柱壳,均取得很好的计算结果,充分证实了谱条单元法的有效性. 粘弹性材料的弹性模量远小于普通弹性材料,在横向载荷作用下极易发生横向压缩变形,而粘弹性层横向压缩变形赢接影响压电层的主动控制作用.目前,国内外尚无义献涉及粘弹性层的压缩效应.作者同时考虑ACLD结构中粘弹性层的剪切变形和横向压缩变形,提出一种全新的剪切--压缩模型(Shear-Compression Model,SCM).作者推导出剪切--压缩模型下ACLD梁的运动微分方程和边界条件,使用谱条单元法建立它的谱单元动力方程,针对典型的ACLD部分覆盖梁算例进行数值计算,并与纯剪切模型进行比较.研究表明:剪切--压缩模型在预测固有频率和模态损失因子方面优于纯剪切模型;除非粘弹性层极薄且控制增益很小,否则粘弹性层横向压缩变形不可忽略. 谱有限元法和谱条单元法建立的ACLD结构频域控制方程,不利于许多优秀时域控制策略的实施.因此,作者想出一种有特色的方法--频时转换,将频域控制方程转换为时域控制方程.该方法通过求取ACLD结构的特征值和特征向量来构造时域控制方程,从而将结构控制方程由频域转换到时域.由于频时转换所得时域控制方程自由度偏多,不利于控制设计,作者先采用模态降阶法对时域控制方程作自由度缩减,然后对降阶时域控制方程对应的状态空间方程作均衡降阶,保证状态空间方程规模小,完全能观和完全能控.作者以ACLD部分覆盖梁结构为例,证实了频时方程转换、模态降阶法和均衡降阶的有效性. 当前ACLD控制器大多以优化控制能量为目标,不能完全满足工程要求.作者提出两种新颖的面向振动阻尼的控制器设计:一种是基于输出反馈的极点配置控制器设计,另一种是优化控制能量的输出反馈线性二次性稳定度控制器设计.仿真结果显示出这两种控制器的工程实用性. 最后,作者总结了全文的工作和研究成果,并对进一步深入研究作了展望.