基于分流电路的压电复合声子晶体梁的带隙调控

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjss2008
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声子晶体是具有空间周期性排列的复合结构,在特定频率范围内可呈现出声波带隙的声学功能新型结构。压电材料以其力电耦合效应的特性,在结构振动与波动以及噪声的主动控制中受到了广泛的关注,其中压电分流电路阵列是当前压电分流阻尼技术的重要发展方向之一,压电分流电路是振动和波动控制领域的实用技术。将压电分流电路与声子晶体的概念结合,通过在金属铝梁两侧周期性布置压电片的方法,形成声子晶体中所要求的周期性结构,构成复合声子晶体梁。而压电片外接压电分流电路阵列,通过调节外接电路的参数,可以达到主动调节波动传播特性的目的。本文主要研究了在金属铝梁中周期布置压电片的情况下,弹性波的传播特性。通过理论推导,结合Lyapunov指数方法,得到了相应声子晶体梁结构的带隙特性。并且设计了几种不同的外接电路,对正电容电路、负电容电路等情况进行了讨论,发现了对应电路对波传播的调控作用。搭建了振动测试实验平台,通过分析比较外接不同的分流电路的振动测试结果,在实验上验证了声子晶体梁中负电容电路对波动传播的抑制作用。借助于商用有限元软件COMSOL Multiphysics,计算了特定频率下经调控后波传播的衰减情况,与没有外接分流电路的情况作了比较。最后比较了几种压电片布置情况对带隙特性的影响,主要得到了以下结论:(1)在梁的单侧布置压电片,只能产生较高频率范围的禁带,而在梁的双侧同时布置压电片,则拓宽了带隙范围,在较低频率范围内,也能产生一些禁带。在梁双侧布置长度相同的压电片时,产生的禁带范围最大,当梁的两侧的压电片长度不同时,禁带范围有所缩小;(2)如果在梁的单侧布置两层压电片,其带隙特性与布置一层压电片、另一层布置铝的结构相比比较接近,因此在这种情况下,只采用一层压电片结构,是比较理想的选择,达到了调控波传播的目的,也较为经济;(3)通过设计外接电路,讨论了正电容、负电容等情况对波动传播的影响,结果是正电容电路对波传播的调控作用十分有限,而负电容电路对波的传播影响较大,通过调节不同的负电容值,能达到主动调控的作用,可以在不同的频率范围内,对波动进行有选择性的抑制和通过。
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