面向航空结构低频振动的力电耦合超材料板设计

针对航空结构低频振动控制难的问题，提出将负电容与电感电路结合设计具有优异低频振动特性的力电耦合超材料板结构。该超材料板包含作为基底的普通板结构、周期分布在板表面的压电单元及与压电单元相连的包含电感和负电容的分流电路。首先通过有效介质理论，得到了超材料板等效抗弯刚度解析表达式并进行了修正。在此基础上，通过分析负电容对等效抗弯刚度的影响阐明了负电容拓宽禁带的机制。进一步推导了禁带范围的解析表达式，研究了负电容对禁带范围和位置的影响规律，理论结果表明负电容与电感并联可以将禁带宽度拓宽至原来的20倍以上。最后，通过数值算例验证了引入负电容后力电耦合超材料板能够在目标低频范围实现很好的振动抑制效果。