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摘要
水下智能材料驱动柔性结构在机器鱼、水下航行器及精密医疗等领域具有广阔前景。本文研究了水下大振幅压电纤维（Macro Fiber Composite,MFC）致动柔性结构的非线性流体动力特性，建立了流固耦合振动模型，并开展了实验验证。通过参数化的二维CFD分析了不同特征振动频率及振幅下柔性结构周围流场的分布演化规律，发现随着特征振幅增大，其周围流场逐渐出现了涡旋脱落及对流现象，且流体阻尼效应的非线性随之增强。提出了由特征振动频率和振幅共同确定的非线性修正流体动力函数解析表达式，分析结果表明：在小振幅情况下，修正流体动力函数虚部也就是流体阻尼效应随着特征频率增大而减少；而当特征振幅参数增大到一定值后，流体阻尼效应随着特征频率增大却呈现出先减少后增大的变化规律，具有强烈的非线性特性。最后开展了水下MFC致动柔性结构振动特性验证实验，证实柔性结构在MFC主动激励下的实测幅频、相频特性与理论预测结果基本一致，验证了所提出修正流体动力函数表达式及流固耦合振动模型的有效性。
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