基于壓電分流陣列的帶隙調控及振動抑制.pdf

1、將相同的壓電片周期性地粘貼到被控結構表面，并在每個壓電片上連接一個相同的分流電路，形成陣列結構。稱這種陣列結構為壓電分流陣列，而將安裝了壓電分流陣列的復合結構稱為壓電分流陣列結構。壓電分流陣列除了具有傳統(tǒng)壓電分流阻尼技術附加質量小、安裝方便和簡單易用等優(yōu)點外，還同時具備聲子晶體帶隙特性，有望實現振動與噪聲寬頻控制的目的，在輕質柔性結構的減振降噪領域具有潛在的應用前景。本文以航天工程中輕質柔性結構振動與噪聲控制為背景，以高分衛(wèi)星微振動抑制

2、為目標，圍繞一維和二維壓電分流陣列，解決與其相關的理論基礎和技術應用問題，利用理論分析、軟件仿真和實驗測試相結合的方法，對壓電分流陣列進行系統(tǒng)和深入的理論研究和工程應用探索，主要創(chuàng)新及研究成果如下：
　　●提出了壓電分流陣列結構新的建模和計算方法。首次提出一維壓電分流陣列結構的精確積分模型，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構帶隙計算方法，包括數值法求解超越特征值問題或波場變換實現特征值問題線性化，完

3、成了二維壓電分流陣列結構任意方向傳播常數的求解。以上算法研究成果為壓電分流陣列的理論分析和設計應用提供了有力的工具。
　　●完成了壓電分流陣列結構的帶隙特性與機理研究。首次系統(tǒng)深入地研究了壓電分流陣列結構的帶隙特性和帶隙形成機理，包括電阻電路、諧振電路和負電容電路三種不同類型分流電路形成帶隙的物理機理，以及電路參數對帶隙內傳播常數的影響。電阻能夠在分流電路中形成阻尼耗散，不僅對帶隙產生影響，還會在通帶內產生一定的衰減作用。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構中引起局域共振帶隙。負電容的引入提高了壓電分流系統(tǒng)的機電耦合系數，能夠有效增大帶隙寬度及帶隙內衰減。通過對壓電分流陣列結構帶隙特性和機理的研究，有效揭示了關鍵的帶隙影響因素和影響規(guī)律，為壓電分流陣列的設計提供了理論基礎。
　　●實現了壓電分流陣列的優(yōu)化設計。綜合運用前面的算法工具和理論分析成果，結合適當的優(yōu)化算法，實現壓電分流陣列的優(yōu)化設計，包括電路參數和幾何參數兩個方面。電路參數根據分

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

6、尤其適合于航天工程中輕質柔性結構的振動與噪聲控制。以高分衛(wèi)星微振動傳遞抑制為目標，在衛(wèi)星艙體上設計了二維壓電分流陣列，分析了分流陣列對艙體上微振動傳遞的抑制作用，探索了壓電分流陣列在衛(wèi)星微振動抑制中應用的可行性。
　　本文在航天工程中輕質柔性結構振動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、帶隙機理、帶隙特性和優(yōu)化設計，并探索了壓電分流陣列在衛(wèi)星微振動抑制中的應用可能性。本文的研究成果不僅解決了壓電分流陣列