[发明专利]一种基于一体化结构的低频主动抑振系统

说明书

本发明提供了一种基于一体化结构的低频主动抑振系统，该系统包括抑振功能器件和主动抑振系统装置，其中，该抑振功能器件结构包括压电纤维复合层、两层分别覆盖在压电纤维复合层顶面和底面的金属电极层以及两层将压电纤维复合层和金属电极层封装成一体的封装层；本发明着眼于解决现有技术低频振动范围内抑振效率偏低的问题，提出了一种基于一体化结构的设计思路，通过对抑振功能器件部分的嵌入式设计，凭借压电纤维复合层的柔性特征，使用时可以将该抑振功能器件通过封装层共形嵌入到振动机构内部，显著降低了振动机构的振动能传导到抑振功能器件过程中的振动损耗，极大地提高了抑振功能器件与振动机构的机械耦合效率。

技术领域

本发明涉及机械振动抑制领域，具体涉及一种基于一体化结构的低频主动抑振系统。

背景技术

振动是人们日常生活中常见的一种自然现象，特别是在工程技术中，如桥体因海浪冲刷产生的振动；铁轨因列车飞速摩擦产生的振动；飞机在飞行过程中因气流冲击产生的振动；车床和模具因摩擦产生的振动等等。一般而言，将自然界中的振动分为有利振动和不利振动，而不利振动往往会带来一些损伤，如精密仪器因产生不利振动而使精确度大打折扣；构件因处于长时间的振动而出现疲劳损伤，导致器件的使用寿命大大缩减；有些振动还可能引起结构破坏性形变，如桥体因共振而塌陷、飞机尾翼因颤振往往造成严重的事故；此外，在人们日常生活中，某些设备因振动而产生的噪音会给人们的生活造成很多困扰。这些不利振动往往是人们不希望发生的，因此如何有效地控制这些不利振动亟待解决。

根据振动控制所需外部能源的多少，研究者们将其主要分为三类：被动振动控制、主动振动控制和半主动振动控制。被动振动控制主要通过吸振或隔振来降低结构的振动，不需要提供额外的能量，其适用的频率范围较窄，缺乏环境适应性，当结构体受到具有高度不确定性的宽频带扰动时，被动振动控制有很大的局限性。主动振动控制是通过引入与主体结构振动方向相反的驱动力作为抑振元件的一部分，然后通过不同的算法对结构体进行控制，使其对干扰具有更好的响应特性，这种方式具有灵活性，能够适应宽频带的振动，受到人们的青睐，具有更广泛的应用前景。对结构进行主动振动控制时，其振动信号必须反馈至控制系统，随后控制系统做出相应的反应对结构体实施控制，这就要求引入的抑振元件同时具有传感与驱动能力。

构成抑振元件的智能材料是现代技术发展的产物，形状记忆合金(SMA)、压电材料、电流变材料以及超磁致伸缩材料等智能材料的出现，使振动主动控制技术得到了飞速发展。其中压电材料是一类实现机械能与电能之间相互转换的智能材料，这类材料同时具有驱动性强、传感能力突出、响应速度快等特点，在驱动和传感等领域得到了广泛应用。因此，采用压电材料作为抑振元件对主体结构进行主动振动控制具有很大的应用前景。

传统压电式主动抑振系统存在振动源机构与压电抑振器件之间的机械耦合效率问题，由于两者都是独立存在，一般通过简单的局部化学粘合、局部焊接和物理紧固等手段实现两者之间的机械连接，所以振动源机构产生的不利振动在传导到压电抑振器件的过程中，或多或少会存在振动损耗和耦合效率偏低的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在低频振动范围内抑振效率偏低的问题，本发明的目的在于提供一种基于一体化结构的低频主动抑振系统，凭借压电纤维复合层的柔性特征，可以将该器件通过封装层共形嵌入到振动机构内部，显著降低了振动机构的振动能传导到抑振功能器件过程中的振动损耗，极大地提高了抑振功能器件与振动机构的机械耦合效率。

本发明是采用了以下技术方案来实现的：

一种基于一体化结构的低频主动抑振系统，包括抑振功能器件和主动抑振系统装置；

所述抑振功能器件包括压电纤维复合层、两金属电极层以及两封装层，其中，所述两金属电极层分别覆盖在压电纤维复合层的顶面和底面，所述压电纤维复合层与两金属电极层构成压电纤维复合材料片，所述两封装层从所述压电纤维复合材料片两侧将压电纤维复合层和金属电极层封装成一体；