主动振子嵌入式周期结构的带隙特性研究

加筋梁板类、蜂窝、栅格、桁架等周期结构在航空航天等工程领域中广泛应用。周期结构的带隙特性可抑制特定频率范围内弹性波的传播，从而对有害振动起到抑制作用，但目前其带隙存在频率较高或衰减有限等诸多不足之处。通过借鉴局域共振带隙相关理论，嵌入由智能材料、主动控制器件组成的主动振子结构，有望解决上述制约周期结构带隙应用的瓶颈问题。项目将首先从局域共振带隙特性影响因素入手，设计基于开环控制和智能材料的主动振子结构，并将其嵌入到工程中常用的加筋梁板类、蜂窝、栅格、桁架等周期结构中，分析主动振子嵌入式周期结构的带隙机理及带隙特性影响规律；继而从控制工程的角度建立周期结构的传递函数或状态方程，将主动振子结构视为该系统的某个反馈环节，通过对其传递函数进行调整或重新设计，优化带隙特性；最终达到改善低频带隙特性，并使之主动可调的目标。项目的研究将为工程周期结构的振动控制提供新的思路，具有广阔的应用前景。

加筋梁板类、蜂窝、栅格、桁架等周期结构在航空航天等工程领域中广泛应用。周期结构的带隙特性可抑制特定频率范围内弹性波的传播，从而对有害振动起到抑制作用，但目前其带隙存在频率较高或衰减有限等诸多不足之处。本项目从局域共振带隙特性影响因素入手，设计了基于压电分流阵列技术的多种主动振子结构，并将其嵌入到工程中常用的梁板类周期结构中；分析了主动振子嵌入式周期结构的带隙机理及带隙特性影响规律；从而低频带隙特性得以改善，并具有主动可调特性。主要研究成果如下：.(1) 改进了含压电分流阵列周期结构的计算模型.　　摒弃了Hagood和Von Flotow所提出的基于均匀应变和均匀电位移的假设基础，提出了针对含压电分流阵列周期结构的更为合理的建模方法，从而改进了原有计算模型，提高了算法计算精度。.(2) 基于半主动控制策略的含压电分流阵列周期梁结构振动特性研究.　　研究了含电阻、电容、电感等多种类型分流电路的压电周期梁结构的带隙特性和振动衰减特性，分析了其影响规律，为其优化和减振应用奠定了相关基础。.(3) 基于反馈控制策略的压电周期梁结构振动特性研究.　　采用理论仿真及振动实验验证相结合的方法，详细分析了基于反馈分流电路、增强谐振分流电路以及负电容分流电路的压电周期梁结构的带隙特性和振动衰减特性，大大提高了被动周期结构的带隙宽度及带隙衰减。.(4) 基于压电分流阵列技术的周期板结构振动控制.　　基于平面波展开以及有限元法，建立了嵌入式压电声子晶体薄板的物理模型，分析了其振动带隙特性；采用理论仿真及振动实验验证相结合的方法，详细分析了含不同分流电路的压电周期薄板结构的波传播与衰减特性。.　　项目组全面完成了申请书规定的各项研究内容。在该项目的资助下，共发表论文14篇，其中SCI收录10篇。项目研究成果可为工程周期结构的振动控制提供新的思路，具有潜在的应用前景。