[發明專利]一種基于一體化結構的低頻主動抑振系統

有效

• 申請號: 202110210254.6
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113013319B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 周靜;周晶晶;侯大軍;沈杰;陳文;趙利軍
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H10N30/50
• 分類號: H10N30/50;H10N30/20;H10N30/80
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 何明倫

本發明提供了一種基于一體化結構的低頻主動抑振系統，該系統包括抑振功能器件和主動抑振系統裝置，其中，該抑振功能器件結構包括壓電纖維復合層、兩層分別覆蓋在壓電纖維復合層頂面和底面的金屬電極層以及兩層將壓電纖維復合層和金屬電極層封裝成一體的封裝層；本發明著眼于解決現有技術低頻振動范圍內抑振效率偏低的問題，提出了一種基于一體化結構的設計思路，通過對抑振功能器件部分的嵌入式設計，憑借壓電纖維復合層的柔性特征，使用時可以將該抑振功能器件通過封裝層共形嵌入到振動機構內部，顯著降低了振動機構的振動能傳導到抑振功能器件過程中的振動損耗，極大地提高了抑振功能器件與振動機構的機械耦合效率。

技術領域

本發明涉及機械振動抑制領域，具體涉及一種基于一體化結構的低頻主動抑振系統。

背景技術

振動是人們日常生活中常見的一種自然現象，特別是在工程技術中，如橋體因海浪沖刷產生的振動；鐵軌因列車飛速摩擦產生的振動；飛機在飛行過程中因氣流沖擊產生的振動；車床和模具因摩擦產生的振動等等。一般而言，將自然界中的振動分為有利振動和不利振動，而不利振動往往會帶來一些損傷，如精密儀器因產生不利振動而使精確度大打折扣；構件因處于長時間的振動而出現疲勞損傷，導致器件的使用壽命大大縮減；有些振動還可能引起結構破壞性形變，如橋體因共振而塌陷、飛機尾翼因顫振往往造成嚴重的事故；此外，在人們日常生活中，某些設備因振動而產生的噪音會給人們的生活造成很多困擾。這些不利振動往往是人們不希望發生的，因此如何有效地控制這些不利振動亟待解決。

根據振動控制所需外部能源的多少，研究者們將其主要分為三類：被動振動控制、主動振動控制和半主動振動控制。被動振動控制主要通過吸振或隔振來降低結構的振動，不需要提供額外的能量，其適用的頻率范圍較窄，缺乏環境適應性，當結構體受到具有高度不確定性的寬頻帶擾動時，被動振動控制有很大的局限性。主動振動控制是通過引入與主體結構振動方向相反的驅動力作為抑振元件的一部分，然后通過不同的算法對結構體進行控制，使其對干擾具有更好的響應特性，這種方式具有靈活性，能夠適應寬頻帶的振動，受到人們的青睞，具有更廣泛的應用前景。對結構進行主動振動控制時，其振動信號必須反饋至控制系統，隨后控制系統做出相應的反應對結構體實施控制，這就要求引入的抑振元件同時具有傳感與驅動能力。

構成抑振元件的智能材料是現代技術發展的產物，形狀記憶合金(SMA)、壓電材料、電流變材料以及超磁致伸縮材料等智能材料的出現，使振動主動控制技術得到了飛速發展。其中壓電材料是一類實現機械能與電能之間相互轉換的智能材料，這類材料同時具有驅動性強、傳感能力突出、響應速度快等特點，在驅動和傳感等領域得到了廣泛應用。因此，采用壓電材料作為抑振元件對主體結構進行主動振動控制具有很大的應用前景。

傳統壓電式主動抑振系統存在振動源機構與壓電抑振器件之間的機械耦合效率問題，由于兩者都是獨立存在，一般通過簡單的局部化學粘合、局部焊接和物理緊固等手段實現兩者之間的機械連接，所以振動源機構產生的不利振動在傳導到壓電抑振器件的過程中，或多或少會存在振動損耗和耦合效率偏低的問題。

發明內容

為了解決現有技術存在低頻振動范圍內抑振效率偏低的問題，本發明的目的在于提供一種基于一體化結構的低頻主動抑振系統，憑借壓電纖維復合層的柔性特征，可以將該器件通過封裝層共形嵌入到振動機構內部，顯著降低了振動機構的振動能傳導到抑振功能器件過程中的振動損耗，極大地提高了抑振功能器件與振動機構的機械耦合效率。

本發明是采用了以下技術方案來實現的：

一種基于一體化結構的低頻主動抑振系統，包括抑振功能器件和主動抑振系統裝置；

所述抑振功能器件包括壓電纖維復合層、兩金屬電極層以及兩封裝層，其中，所述兩金屬電極層分別覆蓋在壓電纖維復合層的頂面和底面，所述壓電纖維復合層與兩金屬電極層構成壓電纖維復合材料片，所述兩封裝層從所述壓電纖維復合材料片兩側將壓電纖維復合層和金屬電極層封裝成一體；