[发明专利]具有主动控制功能的局域共振弹性波超材料装置及方法

说明书

本发明公开一种具有主动控制功能的局域共振弹性波超材料装置及方法，包括基体板、连杆、局域振子和压电片，所述基体板上均匀的分布设置有连杆，每个连杆的上部和下部基于所述基体板相互对称，每个连杆的上下两端均连接有局域振子，每个连杆的上部和下部均设有压电片，每个压电片均与有外接的负电容电路相连，最终共同组成能够进行主动调控的局域共振型弹性波超材料。

技术领域

本发明涉及人工弹性波超构材料技术领域，尤其涉及具有主动控制功能的局域共振弹性波超材料装置及方法。

背景技术

现代装备发展要求低振动和低噪声环境。过强的振动和噪声严重影响装备的工作性能、可靠性和效率等。结构/材料中振动和噪声的本质是以弹性波的形式传播。因此，对结构/材料中的弹性波行为进行调控是实现装备振动与声学特性控制的一种有效手段。其中局域共振弹性波超材料具有良好的低频隔振特性，从而引起了广泛关注。

以往有关局域共振的弹性波超材料大多不具备主动控制的能力，在某些特定频率下，该超材料可以良好实现隔振的效果，但是在实际工程应用领域，振动频率往往是变化的，所以这种超材料隔振降噪满足的情况非常有限，需要更改并重新制作模型来完成对不同振动频率的隔振效果。即便如此，所花费的人力物力也是巨大的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种具有主动控制功能的局域共振弹性波超材料装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有主动控制功能的局域共振弹性波超材料装置，包括基体板、连杆、局域振子和压电片，所述基体板上均匀的分布设置有连杆，每个连杆的上部和下部基于所述基体板相互对称，每个连杆的上下两端均连接有局域振子，每个连杆的上部和下部均设有压电片，每个压电片均与有外接的负电容电路相连，最终共同组成能够进行主动调控的局域共振型弹性波超材料。

进一步的，所述压电片为PZT-5H压电片，压电片固有弹性模量为80GPa并且能够通过外接的负电容电路调节。

进一步的，所述连杆为长方体结构，每个连杆的上部的前、后两侧和每个连杆下部的前后两侧均贴有压电片，所述压电片宽度与连杆宽度相同。

进一步的，所述连杆以8×8周期性地设置在基体板上，最终构成的局域共振弹性波超材料装置为周期性结构，具备弹性波与振动的频率禁带和通带特性。

本发明还提供一种具有主动控制功能的局域共振弹性波超材料装置的实验方法，包括以下步骤：

(1)在基体板一侧边的两个顶角处开孔并连接鱼线，通过鱼线将基体板悬挂而起，悬挂基体板的两根鱼线长度相等；

(2)悬挂好的基体板的底边通过夹具夹好并与激振器相连；

(3)由激振器激发不同频率，对不同频率的振动得到的数据进行记录分析。

进一步的，所述局域共振弹性波超材料装置用于900Hz～1400Hz频率范围内的主动控制隔振。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.本装置施加负电容电路来调节压电片的等效杨氏模量来实现局域共振带隙的主动调控，进而达到不同频率弯曲波的隔振效果，这种方法较以往的局域共振模型便于调节操作方便。

2.本发明通过连接负电容电路，在连杆上贴好压电片，通过负电容电路来调控压电片的等效杨氏模量，这样无需更换材料，只需通过改变电路的参数就可以实现对不同振动频率的隔振效果。因此在二维局域共振禁带特性的基础上，实现了二维局域共振带隙的主动控制。

3.基体板两侧均有周期性布置的局域振子，使结构在低频振动下出现多个禁带，更好地实现低频隔振。然后通过对单胞特征频率和由单胞组成的整体弹性波超材料的频域分析表明，在其振动禁带的频率范围内，可实现隔振效果。