基于壓電分流陣列的帶隙調(diào)控及振動(dòng)抑制.pdf

1、將相同的壓電片周期性地粘貼到被控結(jié)構(gòu)表面，并在每個(gè)壓電片上連接一個(gè)相同的分流電路，形成陣列結(jié)構(gòu)。稱這種陣列結(jié)構(gòu)為壓電分流陣列，而將安裝了壓電分流陣列的復(fù)合結(jié)構(gòu)稱為壓電分流陣列結(jié)構(gòu)。壓電分流陣列除了具有傳統(tǒng)壓電分流阻尼技術(shù)附加質(zhì)量小、安裝方便和簡單易用等優(yōu)點(diǎn)外，還同時(shí)具備聲子晶體帶隙特性，有望實(shí)現(xiàn)振動(dòng)與噪聲寬頻控制的目的，在輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)的減振降噪領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。本文以航天工程中輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲控制為背景，以高分衛(wèi)星微振動(dòng)抑制

2、為目標(biāo)，圍繞一維和二維壓電分流陣列，解決與其相關(guān)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用問題，利用理論分析、軟件仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試相結(jié)合的方法，對(duì)壓電分流陣列進(jìn)行系統(tǒng)和深入的理論研究和工程應(yīng)用探索，主要?jiǎng)?chuàng)新及研究成果如下：
　　●提出了壓電分流陣列結(jié)構(gòu)新的建模和計(jì)算方法。首次提出一維壓電分流陣列結(jié)構(gòu)的精確積分模型，并分析了傳統(tǒng)長波近似模型引入的誤差。發(fā)展了新的二維壓電分流陣列結(jié)構(gòu)帶隙計(jì)算方法，包括數(shù)值法求解超越特征值問題或波場變換實(shí)現(xiàn)特征值問題線性化，完

3、成了二維壓電分流陣列結(jié)構(gòu)任意方向傳播常數(shù)的求解。以上算法研究成果為壓電分流陣列的理論分析和設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了有力的工具。
　　●完成了壓電分流陣列結(jié)構(gòu)的帶隙特性與機(jī)理研究。首次系統(tǒng)深入地研究了壓電分流陣列結(jié)構(gòu)的帶隙特性和帶隙形成機(jī)理，包括電阻電路、諧振電路和負(fù)電容電路三種不同類型分流電路形成帶隙的物理機(jī)理，以及電路參數(shù)對(duì)帶隙內(nèi)傳播常數(shù)的影響。電阻能夠在分流電路中形成阻尼耗散，不僅對(duì)帶隙產(chǎn)生影響，還會(huì)在通帶內(nèi)產(chǎn)生一定的衰減作用。電感與壓

4、電片電容形成諧振單元，能夠在壓電分流陣列結(jié)構(gòu)中引起局域共振帶隙。負(fù)電容的引入提高了壓電分流系統(tǒng)的機(jī)電耦合系數(shù)，能夠有效增大帶隙寬度及帶隙內(nèi)衰減。通過對(duì)壓電分流陣列結(jié)構(gòu)帶隙特性和機(jī)理的研究，有效揭示了關(guān)鍵的帶隙影響因素和影響規(guī)律，為壓電分流陣列的設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。
　　●實(shí)現(xiàn)了壓電分流陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)。綜合運(yùn)用前面的算法工具和理論分析成果，結(jié)合適當(dāng)?shù)膬?yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)壓電分流陣列的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括電路參數(shù)和幾何參數(shù)兩個(gè)方面。電路參數(shù)根據(jù)分

5、流電路類型的不同，主要有電阻、電感和負(fù)電容，適當(dāng)選取電路參數(shù)不僅是帶隙位置調(diào)控的關(guān)鍵，還是增大帶隙寬度和帶隙內(nèi)衰減的有效手段。幾何參數(shù)主要是壓電片尺寸和晶格常數(shù)，壓電片尺寸直接關(guān)系到晶格填充率和分流電路的機(jī)電耦合效率，而晶格常數(shù)也是影響帶隙特性的重要參數(shù)。
　　●探索了壓電分流陣列在衛(wèi)星微振動(dòng)抑制中的應(yīng)用可行性。壓電分流陣列同時(shí)吸取了傳統(tǒng)壓電分流阻尼技術(shù)和聲子晶體帶隙思想的優(yōu)點(diǎn)，具有附加質(zhì)量小、安裝方便、簡單易用和寬頻控制等優(yōu)點(diǎn)，

6、尤其適合于航天工程中輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)與噪聲控制。以高分衛(wèi)星微振動(dòng)傳遞抑制為目標(biāo)，在衛(wèi)星艙體上設(shè)計(jì)了二維壓電分流陣列，分析了分流陣列對(duì)艙體上微振動(dòng)傳遞的抑制作用，探索了壓電分流陣列在衛(wèi)星微振動(dòng)抑制中應(yīng)用的可行性。
　　本文在航天工程中輕質(zhì)柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲控制的需求牽引下，系統(tǒng)深入地研究了壓電分流陣列的建模與算法、帶隙機(jī)理、帶隙特性和優(yōu)化設(shè)計(jì)，并探索了壓電分流陣列在衛(wèi)星微振動(dòng)抑制中的應(yīng)用可能性。本文的研究成果不僅解決了壓電分流陣列