“振動”是一種自然界中普遍存在的現象，是指一個狀態改變的過程，即物體的往復運動。大至宇宙，小至亞原子粒子，無不存在振動，總體可區分為宏觀振動（如地震、海嘯）和微觀振動（基本粒子的熱運動、布朗運動）。

人們生活中也離不開振動：心臟的搏動、耳膜和聲帶的振動，都是人體不可缺少的功能。在工程技術領域中，振動現象也比比皆是：例如，橋梁和建筑物在陣風或地震激勵下的振動，飛機和船舶在航行中的振動，機床和刀具在加工時的振動，各種動力機械的振動等等。

機械加工過程中的振動有著諸多危害

不過振動帶來的并不總是好處，例如，振動會影響精密儀器設備的功能，降低加工精度和光潔度，加劇構件的疲勞和磨損，從而縮短機器和結構物的使用壽命，振動還可能引起結構的大變形破壞，有的橋梁曾因振動而坍毀；飛機機翼的顫振、機輪的抖振往往造成事故；車船和機艙的振動會劣化乘載條。而且振動產生的噪聲更是對環境和人類健康產生了重大危害。因此隨著科學技術的發展，人們逐漸意識到若想減少工業上的損失，就必須要削減不利的振動響應，即對“振動”進行控制。

一、振動控制的方式

在振動工程領域中，振動控制可分為主動控制和被動控制兩類。被動控制屬于反饋控制，結構簡單、易于實現，但是對于控制的效果和適應性較差；而主動控制不同，具有控制效果好、環境適應能力強等特點，彌補了被動控制的不足。目前，人們主要利用壓電材料對振動進行主動控制。

壓電材料指的是具有壓電效應的材料。根據材料種類進行分類可分為無機壓電材料、有機壓電材料和復合壓電材料三種，無機壓電材料還可細分為壓電晶體和壓電陶瓷。

①壓電晶體：壓電晶體一般指的是壓電單晶體，即按晶體空間點陣長程有序生長而成的晶體，由于結構無對稱中心而具有壓電性，如石英、鎵酸鋰、鍺酸鋰等。目前投入使用的壓電單晶體主要為非鐵電性壓電晶體石英，石英晶體具有機械品質因數高、頻率溫度系數小的特點；其次即為鐵電性壓電晶體鈮酸鋰和鉭酸鋰，它們的機電耦合系數大，且可在高溫環境下使用。

②壓電陶瓷：壓電陶瓷指的是用幾種必須原料混合、高溫煉制而成，由粉粒間的固相反應和燒結過程得到的微細晶粒無規則集合而成的多晶體。在上世紀50年代發明的鋯鈦酸鉛（化學式，可簡稱為PZT）是至今使用最為廣泛的壓電陶瓷材料。與壓電單晶體對比，壓電陶瓷的壓電性強、介電常數高，加工成的形狀也比較多樣化，但同時也存在機械品質因子較低、電損耗較大、穩定性差等不足之處，更適用于大功率換能器和寬帶濾波器等應用。

壓電陶瓷振動傳感器

③有機壓電材料：有機壓電材料又稱為壓電聚合物，以聚偏氟乙烯為典型代表。這類壓電材料的特點是材質柔韌、低密度、低阻抗、高壓電電壓常數，在壓力傳感、引燃引爆等領域有所運用。

④復合壓電材料：復合壓電材料由多種材料復合，兼具無機壓電材料和有機壓電材料的優勢，克服了難以加工成形的不足，更具有密度小、聲速低的特點，易和空氣、水及生物組織實現聲抗阻匹配。除此之外，壓電復合材料還具有上述材料未擁有的性能，如無自發極化的壓電材料與另外一種材料復合之后可具有熱釋電效應；普通壓電材料與磁滯伸縮材料復合可具有磁電效應等。

二、壓電材料在振動主動控制領域中的應用

1.航空航天

智能材料在航空航天領域的應用是非常關鍵的。以飛機為例，其結構中類似客艙、通訊天線、直升機旋翼這些結構在使用時均會產生振動，振動波動較大時還會對飛機上的精密設備造成一定損傷，因此壓電材料對控制航空航天領域中的結構振動來說是非常必要的。壓電陶瓷材料具有質量輕、耗能低等特點，被普遍應用于SMS上，是振動控制一個很重要的分支。

2.土木結構工程

在土木結構工程的靜變形控制能、噪聲控制、安全評定、自適應修復等領域，都存在使用壓電材料對其進行控制的例子：如通過采用壓電傳感器對結構振動引起的振動進行實時監測，并可在線讀取工程結構的信息；或者是使用壓電堆技術對建筑工程進行主動控制。但對于大型土木結構工程來說，壓電材料驅動力小的問題仍然有待解決。

3.機械制造

機械制造領域的振動主動控制研究主要集中在對精密儀器的主動隔振上，其目的是提高機械設備的穩定性。傳統機械受其動能影響，設備在使用過程中會存在很大噪音，振動幅度和振動頻率更是隨著使用時長逐漸增加，降低了機械設備的使用壽命。壓電材料可以在機械制造時作為傳感器元件，利用壓電材料具有的壓電效應，根據傳感器檢測到的外界環境的變化并主動作出反應，以此對機械設備的振動進行主動控制，提高機械設備的工作效率和使用年限。

4.車輛工程

壓電材料在車輛工程領域中的應用主要體現在對汽車減振器的改造。目前許多高級汽車在路況不好的地區行駛時仍能保持較小的顛簸幅度，保證車內人員的舒適性，這是由于對車輛減振裝置進行了改造。利用壓電陶瓷材料的正、逆壓電效應和電致伸縮效應，使減振器能夠自動識別路況并作出實時調控，將車輛由于路面顛簸不平造成的影響降到最低。

在車輛進行緊急制動或低速行駛時，制動片與汽車轉子相摩擦會產生較大振動，并伴有刺耳的噪聲，長期以往對制動片的磨損會非常大?？衫脡弘娞沾刹牧显谲囕v制動器活塞中安裝制動器，在原制動器內部提供一種反向振動，中和將對噪音有相當程度的抑制作用。

資料來源：

淺談壓電材料在振動主動控制中的應用，杜洋。

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