【摘 要】
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压电超材料结构凭借其独特的带隙特性成为近十几年来振动/噪声控制领域的重要研究方向之一,基于电感-电容(LC)谐振的局域共振(LR)型带隙成为主要的研究对象。然而,受限于LC谐振机理,压电超材料结构产生的带隙往往是窄带的,这使得压电超材料距离实际振动/噪声控制应用仍有较大差距。因此,需要研究更为有效的调控手段实现宽频带的带隙。本文将压电超材料的带隙作为研究对象,开展了带隙被动、半主动以及主动调控技术
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(编号:61573289);
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压电超材料结构凭借其独特的带隙特性成为近十几年来振动/噪声控制领域的重要研究方向之一,基于电感-电容(LC)谐振的局域共振(LR)型带隙成为主要的研究对象。然而,受限于LC谐振机理,压电超材料结构产生的带隙往往是窄带的,这使得压电超材料距离实际振动/噪声控制应用仍有较大差距。因此,需要研究更为有效的调控手段实现宽频带的带隙。本文将压电超材料的带隙作为研究对象,开展了带隙被动、半主动以及主动调控技术研究,建立了压电声学超材料理论模型,并讨论了调控电路参数对带隙的影响规律与参数优化,为压电超材料在振动控制领域的应用提供了可能。论文的主要工作包括:(1)分析了压电超材料的带隙特性与传输特性计算方法,建立了基于长波假设法与积分假设法的压电超材料模型,并基于模型计算弹性波在结构中传播的传递矩阵,最后基于传递矩阵计算压电超材料结构的带隙特性与传输特性。(2)研究了基于被动分流电路的带隙调控技术,通过数值仿真系统分析了RLC电路参数对带隙的影响规律与原因,并进行了压电超材料带隙验证实验研究,证明了仿真结果的准确性。最后,分析了带隙的优化调节方法,为拓宽带隙提供了可行方案。(3)研究了基于半主动非线性同步开关技术路带隙调控技术。首先,引入负电容技术,提出了一种新的自感知半主动控制电路,实现了低功耗、小型化抑振装置,并通过理论推导与实验验证分析了电路的稳定性。随后,在上述电路的基础上,设计了外接半主动非线性同步开关电路的压电超材料,为便于理论分析,提出了非线性电路线性化等效方法。最后,数值仿真结果表明非线性电路可以拓宽带隙频带范围,负电容可以增强抑制效果。(4)尝试开展了合成阻抗技术研究,设计了合成阻抗等效控制回路,并开展了仿真研究,结果表明该方法可以依靠软件编程灵活调整超材料的带隙范围,并避免了元件参数的不确定性对性能的影响。
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