梯度压电超材料梁弯曲波调控机制及其振动衰减与能量收集双重功能研究

《Energies》：Simultaneous Multiple Charging Stations Load Forecasting with Graph Neural Network

　　

摘要

本文以梯度压电超材料梁为研究对象，深入分析了弯曲波调控机制及其在振动衰减和能量收集方面的双重功能。首先，建立了梯度压电超材料梁的理论模型，以考察不同梯度方案如何控制每个单元内各段的结构参数。其次，采用传递矩阵法计算能带结构，从而阐明弯曲波的传播特性以及不同梯度构型下的能量收集机制。随后，提出了一种针对振动衰减和能量收集双重功能的定量评价指标，以揭示梯度顺序对频带展宽和整体性能指标的影响。最后，通过有限元（FE）仿真验证了理论结果。结果表明，梯度压电超材料梁在弯曲波中产生了空间频率分割效应，并实现了波场能量的局域集中。与非梯度结构相比，梯度构型在低频宽带范围内同时实现了振动衰减和能量收集。在这些构型中，分数阶和一阶梯度设计对整体双重功能性能的提升最为显著。