带陀螺型声子晶体的高速列车型材结构低频隔声性能探究#br#

针对高速列车地板型材结构低频段振动噪声问题,基于局域共振机理,设计一种新型的陀螺声子晶体结构。首先基于有限元方法,建立陀螺型声子晶体单元模型,计算得到单胞的能带结构,结合其振动模态,分析108 Hz～153 Hz弯曲波带隙和129 Hz～153 Hz完全带隙的形成机理,并探究结构参数对带隙特性的影响。然后建立周期排布的陀螺型声子晶体型材板件模型,计算在垂向单位均布力激励下陀螺型声子晶体型材板的振动传递损失,最后结合参考铝型材结构,探究陀螺型声子晶体结构对于隔声效果的影响。研究表明：增大元胞边长和基体板厚,带隙特性有向低频段、窄带隙的发展趋势;增加头环高度,隙特性有低频拓宽的趋势;而增加弹性连接件高度,对带隙特性无明显影响。在弯曲波带隙范围108 Hz～153 Hz内,有限声子晶体板结构的振动传递损失相比通带范围较明显的提高,且在110 Hz以下频段对于参考铝型材隔声效果有一定的改善。     

基于COMSOL局域共振声子晶体薄板振动带隙研究

针对低频振动控制问题,研究一种局域共振声子晶体薄板的振动带隙。首先,基于弹性波方程及Bloch 定理,探讨应用COMSOL有限元模拟方法开展声子晶体振动带隙计算的可靠性;然后,模拟计算所设计的局域共振声子晶体薄板的振动带隙,分析其带隙结构和元胞结构参数对振动带隙的影响,并以200 Hz～400 Hz 的中低频为目标频段,通过选择带隙宽度在目标频段内占比最大的参数组合作为声子晶体薄板的最优设计方案;最后,在频域上考察声子晶体薄板内波的传输特性。研究表明,利用COMSOL有限元模拟方法开展声子晶体振动带隙计算是可靠的,与数值计算方法相比,其计算的带隙参数误差都很小;对于所设计的局域共振声子晶体薄板,元胞的结构参数对振动带隙具有显著影响,通过优选元胞结构参数,可使声子晶体薄板的振动带隙向低频区域移动;薄板内波的传输特性和薄板的振动位移图进一步证实了在振动带隙内薄板对波传播的阻碍作用。     

二自由度振子型的二维LR声子晶体弯曲振动带隙研究

为了抑制板件的低频振动,提出了一种由二自由度振子周期性排列的二维LR (Locally Resonant)声子晶体,实现了低频范围内的双带隙。运用平面波展开法计算了该声子晶体结构的带隙特性,并通过有限元法和样件试验得到的振动传递特性验证了带隙计算结果的准确性。通过对含二自由度振子的元胞模态振型计算,进一步揭示了该结构低频双带隙的产生机理;振子的平动和转动的两种振型相互耦合作用可以形成两个低频弯曲波带隙,并根据简化模型推导出双带隙起始和截止频率计算方法;分析了弹簧刚度、弹簧距离、振子质量和转动惯量对双带隙的影响。结果表明,通过合理选择设计参数可以获得低频范围内的双带隙特性,为声子晶体在汽车板件多频减振的应用研究上提供了新的方法。     

一种新型复合局域共振型声子晶体带隙特性

设计了一种新型复合局域共振型声子晶体,通过建立弹簧-质量块等效模型用于计算带隙的上下边界频率,同时结合有限元方法分析了该结构共振带隙的产生机理,根据带隙起止点频率处的位移模态研究了声子晶体的带隙特性。研究结果表明,该声子晶体结构在频率2 200 Hz附近产生三条完整带隙,其中一条是带宽达406.17 Hz的宽带隙。对于有限周期结构的声子晶体进行了传输特性仿真和隔声实验测试,在相同的频段内弹性波传播受到了阻碍。最后,对影响声子晶体带隙打开的几种因素进行分析,讨论了带隙上下边界调控机制。研究结果为声子晶体获得较宽的低频带隙提供了一种新的设计思路和方法。     

幂指数棱台局域共振型声子晶体板的带隙特性与减振机理研究EI北大核心CSCD

针对船体板结构的振动控制,提出了一种新型幂指数棱台局域共振型声子晶体构型。研究表明,该声子晶体兼具局域共振低频带隙和声学黑洞高频带隙,对高频激励和低频激励均有较好的减振效果。声子晶体其低频带隙因共振单元的局域共振效应产生,带隙频段为78~115 Hz。在声子晶体能带结构的高频段中发现了隐藏于平直带的U型频散曲线,且频散曲线间的频段可有效抑制板的垂向振动,即产生垂向高频振动带隙。高频带隙产生的机理是幂指数棱台斜面的能量聚集效应形成的局域共振。随着散射体高度增大,低频带隙的中心频率降低,且带宽增大。棱台的幂次升高会使高频带隙的起始频率与终止频率降低,而边缘厚度的增高会使高频带隙的带宽逐渐变窄。新型声子晶体相较传统声学黑洞构型可有效提高船体板结构强度,从而可实际应用于船舶结构工程领域。研究成果可为舰艇结构振动控制提供支撑。     

结构参数对三组元声子晶体隔声性能影响研究

声子晶体在低频段存在振动带隙特性。该特性使声子晶体在减振降噪方面具有广阔的应用前景。本文研究的对象是三组元声子晶体。通过改变填充率、拓扑结构、层数等,分析结构参数对声子晶体隔声性能的影响。研究结果表明:在一定范围内,填充率越高,声子晶体的隔声性能越好。声子晶体的层数越多,声子晶体的隔声性能越好。在低频段,声子晶体的拓扑结构对声子晶体的隔声性能没有明显影响。     

长度调制的声子晶体梁弯曲振动带隙特性分析

提出一种长度可调制的双周期声子晶体梁结构,研究弯曲波的带隙特性。在无限周期条件下采用传递矩阵法计算准周期声子晶体梁弯曲振动中的弹性波能带结构,并与简单二组元声子晶体梁结构的能带进行对比,然后进一步分析调制参数对带隙的调节机制,结果表明准周期声子晶体梁结构较简单二元声子晶体梁能够产生更大带宽、更多频段的带隙。在有限周期条件下采用有限元法计算准周期声子晶体梁的振动传递特性,证明理论计算的正确性。所提出的准周期声子晶体梁结构可在使用较少材料的基础上大幅度拓宽带隙并具有更强的带隙调控力,为梁类工程结构的减振提供更多选择,并可为新型滤波器、隔振平台的设计提供新思路。     

并联双振子声子晶体梁结构带隙特性研究

为使声子晶体结构实现范围更宽的多带隙特性,基于单振子型声子晶体结构弯曲振动带隙频率范围窄的局限,提出了一种双侧振子布置形式的局域共振声子晶体梁结构,并基于传递矩阵法和有限元法对其进行了无限周期和有限周期的带隙计算,分析了双带隙配合减振的特性;试制了声子晶体梁样件并进行传递特性试验,通过仿真计算与试验结果的对比,验证了有限元法对有限周期结构带隙预测的准确性和有效性;最后基于有限元方法探讨了周期数和晶格常数对双振子梁带隙特性的影响。为并联式双振子声子晶体结构的工程应用提供了理论依据和工程参考。     

幂指数棱台声子晶体对薄板振动弯曲波的调控特性研究

针对薄板结构的振动控制,提出了一种幂指数棱台声子晶体构型,并对其带隙的产生机理和影响因素进行了分析,结果表明提出的幂指数棱台声子晶体具有三个弯曲波完全带隙,其中第二带隙宽度可达850 Hz。联合数值仿真和试验方法对声子晶体的弯曲波带隙进行了验证。随着棱台结构高度的增加,三个带隙的带宽扩大。棱台的幂函数幂次升高会使带隙的起始频率与终止频率降低,而边缘厚度的增高会弱化能量聚焦效应使带隙的宽度逐渐变窄。具有线缺陷的声子晶体板可使带隙频段内的弯曲波沿着设计路径传播。     

基于质量放大局域共振型声子晶体的低频减振设计

针对低频结构振动控制,设计了一种质量放大局域共振型声子晶体。基于周期结构的Bloch定理和有限元方法研究了无限声子晶体的能带特性,同时基于有限元法研究了弹性波在有限周期结构中的传播特性。在此基础上,对声子晶体质量放大带隙与局域共振带隙的形成机理和带隙特性进行了研究。最后以梁框架结构低频减振为目标,将设计的质量放大局域共振声子晶体嵌入框架结构中,综合应用声子晶体带隙特性和黏弹性材料阻尼特性,实现低频宽带振动抑制效果。进一步,对框架结构一阶固有频率,进行声子晶体结构优化设计,实现了一阶固有频率处振动的高量级抑制,并设计制备实验样件,进行实验验证。结果表明,这种质量放大局域共振声子晶体可以为结构低频减振提供一种新的实现方法。