● 摘要
压电材料因其压电效应被广泛的应用在振动控制领域。对于一个压电系统，机电耦合系数是至关重要的，因为它表示系统中机械能和电能的转换关系，也代表着分支电路对结构的振动控制的效果。本文以这点作为研究的切入点，提出了提高多模态机电耦合系数的设计方法，实现结构多模态振动的控制效果。本文主要分为两部分：压电系统的基础研究和提高机电耦合系数方法的设计和论证。首先，方法研究包括两种压电模型的特性分析：单自由度压电模型和压电悬臂梁模型。单自由度的压电模型分析利于理解机电耦合系数在一个压电系统中的作用；压电悬臂梁模型的分析有利于理解一个连续体系统中机电耦合系数的组成要素。通过这两种模型的研究，提出了多电极压电片的设计思想，并应用到压电悬臂梁结构中，深入研究该理论模型，发现这种压电片设计可以提高单阶模态机电耦合系数。‘选通电路’是常用的多频段的控制电路设计，所以在这里我们把‘选通电路’设计引入到多电极压电模型，提出一种新的设计方法，实现提高多阶模态机电耦合系数的效果。这种设计方法分别通过数值模型和实验模型进行验证。数值模型包括压电悬臂梁有限元模型和压电平板有限元模型，都验证了多电极压电片的耦合系数优化效果。实验模型是一个三电极压电片的复合梁模型，通过电路设计实现了两阶模态的振动控制效果，验证了本文提出的设计方法。