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。     

加筋矩形薄板的平均声辐射效率

采取工程等效的方法研究了四边简支矩形加筋薄板的振动与声辐射,推导了点力激励下的平均辐射效率计算公式,并进行了数值仿真和实验验证。理论分析与实验的一致性表明:四边简支情况下矩形加筋薄板与匀质矩形薄板和圆薄板的平均辐射效率公式相似,可以采用模态辐射效率加权平均的方法等效。在中高频段,纵横双向加筋薄板的平均声辐射效率最高,单向加筋薄板次之,匀质平薄板最低;而在低频段及临界频率以上,三种结构平均声辐射效率相差不大。     

基于Cymbal单元的压电复合智能材料设计

本文使用有限元法对Cymbal换能器单元的设计结构进行了仿真分析,并将换能器单元谐振频率与实际测量值进行了比较。将Cymbal换能器单元进行阵列,设计了一种新型的10kHz以下的低频薄板水声智能材料。对两块不同尺寸和结构的Cymbal压电复合智能材料的发射性能进行了测量与标定。并将用Cymbal压电复合智能材料作为主动吸声系统中的吸声材料,在脉冲声管中进行了管道声有源吸声控制实验。研究结果表明,Cymbal压电复合智能材料是一种高效的薄型低频宽带水声材料。     

热声载荷下薄壁结构非线性振动响应分析及疲劳寿命预测

基于时域分析法研究了金属薄壁结构在热声载荷下的非线性振动响应特性,并采用四种应力寿命模型预测了薄板梁的热声疲劳寿命。以典型薄板梁为研究模型,首先研究了单一噪声激励下薄板梁的时域响应特性及热载荷对其响应特性的影响机理,并仿真分析了薄板梁在热声激励下的非线性响应特性。在此基础上,运用雨流法统计了薄板梁根部的应力响应,并基于Miner线性累积损伤理论采用Goodman、Morrow、Walker和修正Walker应力寿命模型预测了薄板梁在不同工况下的热声疲劳寿命。研究结果表明：薄板梁的热模态基频在其热声疲劳问题中起主导作用;薄板梁热屈曲后的非线性跳变响应将增大应力幅值,从而严重削弱结构的预期寿命;噪声载荷是影响屈曲前薄板梁热声疲劳寿命的主要因素,而热载荷是影响屈曲后热声疲劳寿命的主要因素。因此在薄壁结构抗热声疲劳设计中必须重点考虑热声载荷联合作用的影响。     

基于声学虹吸效应的水下低频大宽带吸声机理研究EI北大核心CSCD

利用有限元软件COMSOL建立了薄板型超材料的仿真模型,在声学虹吸效应基础上研究了其低频大宽带吸声机理。通过探究在声学虹吸效应作用下压差声汇机理、声阻抗匹配机理及负动态等效密度机理,验证了该超材料的低频大宽带吸声性能;讨论了面积比、薄板厚度和质量块高度等参数变化对于薄板型超材料的吸声性能影响。结果表明:当一定频率的平面波入射该超材料时,会在元胞某一位置处发生共振,具有最大的吸声量,在不同面积比的情况下,该超材料仍然具有较为匹配的声阻抗,几乎所有入射能量可以被迫流向这种谐振元胞,增强元胞振动,使之仍然保持良好的吸声效果;当薄板厚度变小或者质量块高度变大时,吸声系数的峰值频率会向低频移动。最后,通过合理设计优化薄板型超材料的各项参数实现了水下100-500 Hz的低频大宽带吸声。     

动力吸振器对薄板声辐射效率的调控特性

薄(壁)板结构是飞机、高铁、船舶等工程中最常见的结构。薄板结构受到外部动力源的激励不可避免地引起振动噪声超标的问题。动力吸振器相比于表面加筋和敷设阻尼材料等减振降噪方法,具有参数可设计、频率针对性强等优势。然而,目前关于动力吸振器对薄板结构声辐射的调控特性分析并不充分,很多研究人员以及工程师笼统地认为,利用动力吸振器来减小薄板结构振动就可完全达到最好的抑制声辐射效果。实际上,动力吸振器对于薄板结构的声辐射效率的调控会直接影响其抑制声辐射的效果。本文研究了动力吸振器对薄板结构声辐射效率的调控特性,从理论上推导了含有动力吸振器的薄板结构声辐射效率计算方法,并利用数值计算方法分析了动力吸振器的声辐射效率调控特性。动力吸振器的安装,能对薄板结构在吸振器工作频率附近的模态振型和模态频率产生明显的调控作用,从而对声辐射效率产生调控作用。通过调谐动力吸振器的质量和频率,能够降低薄板结构目标模态的频率,或者改变对应的模态振型,实现对声辐射效率的抑制效果。     

基于有限元法的贴敷阻尼薄板声辐射性能研究

基于分层理论,建立了四边简支约束条件下薄板声辐射特性有限元分析模型,计算了其固有频率、辐射声功率及振动均方速度,并与Comsol软件计算结果进行对比,证明了该方法的有效性。其次,将分层理论用于贴敷阻尼薄板的声辐射特性研究中,分析了单/多层阻尼对结构声辐射特性的影响。最后,通过分析贴敷阻尼薄板在轻/重流体、不同流速条件下的声辐射特性,研究了流体对贴敷阻尼薄板声辐射特性的影响。结果表明,贴敷多层阻尼的薄板结构声辐射特性对阻尼材料贴敷顺序较为敏感,将弹性模量较大的阻尼材料贴敷在靠外侧能够增大约束阻尼层的剪切变形,有利于提高结构整体的损耗因子,降低结构的振动和声辐射;流体流动时,结构声振特性将发生非线性变化,当流速较低时,结构声振特性变化明显,随着流速增大,变化趋势趋于平稳。     

对两相材料薄板声功率及其灵敏度研究

采用有限元与声辐射模态相结合方法研究两相材料薄板声辐射声功率,并分析结构声功率关于设计参数的灵敏度。应用有限元方法来处理结构的振动环节,将位移向量用振型的线性组合表示,用振型叠加法求解模态坐标得到位移向量从而求出结构的速度分布;在声辐射环节,采用声辐射模态展开从而求得声功率。将薄板声功率对设计参数求偏导,得到声功率灵敏度。以四边简支两相材料薄板为例,着重对声功率关于板密度和厚度的灵敏度进行了研究。     

基于有限元边界元方法的薄板声辐射分析

分析了薄板结构的声辐射功率与其厚度及其激振频率的关系,从理论上指出了激振频与厚度对薄板结构声辐射的影响,分析当激励频率与结构的固有频率十分接近时,薄板的声辐射特性,同时分析了方形结构与条形结构声辐射的差异,从而为薄板结构的在工程中的低噪声设计提供参考。     

水中声波非线性相互作用的声吸收声研究

为研究声波非线性变参数相作用后的能量转移问题,本文利用谱分解方法对整倍频声波相互作用后的幅度解进行了理论研究和仿真分析。研究表明：高频声源级大于低频声源级,且高频声源级取定值时,频率比N越大,声吸收声效果越小。频率比N 3时,两列声波的初始相位关系对声吸收声的影响可忽略不计。高频泵源越强,高频对低频声的声吸收声效果越弱;相反,低频泵源越强,高频声波对低频声的声吸收声效果越强。非线性累积效应在间断距离处达到最强。