压电层合结构的动力响应分析+文献综述(2)
4.2 主动式周期性结构的不规则性 27
4.3 局部化因子 27
4.4 非周期性结构的性能 27
结 论 34
致 谢 35
参考文献 36
1 引言
1.1 研究背景及选题意义
振动是自然界和人类生活和工程中常见的一种现象。振动是指物体在平衡位置（或者说平均位置）周围惊醒循环往复的机械运动，或者系统的某一物理量在其平衡值位置附近的来回变动[1]。大至朗朗宇宙，小至基本粒子，无时无刻不在不停地振动。人们日常生活中，振动现象也比比皆是：声带和耳膜的振动使得我们能够发声与听声，心脏的跳动为人们提供源源的动力。这些都是人类必不可少的生理现象。人的视觉是靠光的刺激，从本质上来说，光也是一种电磁振动;电磁振动产生电磁波，有了电磁波，才有了广播，雷达，电视等无线电通信，我们可以说，电磁振动就是现代通信文明的基础。在工程技术领域，振动现象也是无处不在。比如工程建筑在风，地震，波浪等外部激励作用下的振动，控制系统的自激振动，刀具与机床的振动，各种动力机械也在时刻振动着，以及近些年来出现的利用振动的生产工艺：振动沉桩，振动研磨，振动抛光，振动传输，振动筛选，它们很大地改善了劳动条件，提高生产效率。这些都是人们利用振动的典型例子。但在很多情况下，振动对系统本身及周围环境都是有害的。振动直接影响仪器设备的功能，降低工作精度和效率，加剧构件的磨损，甚至引起结构的疲劳破坏，从而影响到仪器设备和工程设施的可靠性和安全性，缩短其使用寿命。振动还有可能会引起工程结构的大变形破坏，著名的加拿大魁北克大桥就是在风载振动下垮塌的;房屋过大的振动会明显影响其居住的舒适性；车，船，飞机等交通工具的过大振动恶化我们的出行条件；剧烈的振动噪声也是一种严重的环境公害[2]。因此，对于大多数仪器设备和工程结构来说，通常都要求将可能产生的振动控制在一定的量级范围内。
1.2 国内外研究概况
振动控制按其机理不同可以为被动控制和主动控制[3]。被动控制采用隔振，吸振和耗能等技术手段减少结构吸收的能量，从而达到减振的效果。它不需要外界能量输入，装置结构比较简单，造价低，易于实现，许多场合下减振效果与可靠性较好，所以获得了广泛认可，在工程实际中得到了广泛的研究与应用。但随着科学技术的发展，被动控制已经难以满足人们对振动环境，产品与结构振动特性越来越高的要求。振动主动控制是指应用现代化的控制技术，在振动控制过程中，对输入的振动和结构响应进行联机实时跟踪观测甚至预测振动响应，根据传感器检测到的结构或系统振动，应用一定的控制理论，经过实时计算，应用伺服加力装置，驱动致动器对系统或结构施加一定的力或力矩，以抑制其振动，使结构的振动响应值控制在允许的范围内。主动控制系统需要外部提供能量，对结构或系统施加额外的作用力以减小动力反应，达到减振的目的。主动控制的特点是效果显著，在系统或结构频率范围和控制效果上可以人为地进行较大的调整，但实现过程略嫌复杂，设备投资较大，还需要不断地进行研究和改进[4]。
1.3 周期性结构理论
在本文中，采用周期性结构的理论进行振动控制。周期性结构的理论最初是由固体理论的应用发展而来，在上世纪七十年代初扩展到机械结构设计。自那时以来，这一理论被广泛应用于各种各样的结构，如弹簧-质量系统，周期梁，加筋板，和空间结构。周期性结构是由相同的单元，以相同的方式链接而成。这些结构因其周期性而表现出独特的动力学特性，使其能在波的传播过程中作为机械过滤器[5]。因此，波只能以特定的频带在周期性结构内传播，此频带称为“通带”；在其他频带内，波不能在周期性结构传播，此频带称为“阻带”[6]。被动周期性结构的波谱宽度和这些频段的位置是固定的，而主动式周期性结构的光谱宽度和这些频段的位置会因结构振动而变得可调。除了具有独特的滤波特性之外，周期性结构在通带范围内传送波的能力，会因为理想周期性被破坏或失调而可以大大减小。这导致众所周知的“局部化”现象（localization），一个外部扰动只在只在扰动产生的附近才有影响。就被动结构而言，非周期性（或失调）可产生于材料，几何和制造工艺的无意的差异 [7]。然而，就主动式周期结构而言，非周期性是通过适当调整个别子结构而有意造成的。 周期性/非周期性结构具有独特的的滤波特性和局部化特性，使得波传播的被动或主动控制成为可能。这种控制能限制不希望的干扰的传播。本文中采用压电材料-杆单元，组成一文周期性结构，运用三种计算模型，研究主动和被动的操作模式下，一文周期/非周期结构的动力性质与控制，以此显示其独特的可调谐滤波/局部化能力。