声子晶体与汽车振动噪声控制

声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性结构功能材料,振动频率在声子晶体带隙范围内的振动会被抑制或禁止传播,它所具有的这种弹性波带隙特性为减振技术的发展提供了一种新的可能.在介绍声子晶体的基本理论及特征的基础上,阐述了声子晶体在振动与噪声控制领域的研究现状及声子晶体在汽车减振降噪方面的应用.     

基于声子晶体的车内噪声研究

声子晶体是近年来提出的一种新型功能材料,是一种由两种或多种材料组成的具有周期性结构和弹性波带隙的声学功能材料或结构,并且振动频率在声子晶体带隙范围内的振动会被抑制或禁止传播,它所具有的这种弹性波带隙特性为汽车车内噪声控制,特别是车内低频噪声控制提供了一种新的研究方法.在介绍了声子晶体的概念、基本特征及能带结构的基础上,阐述了声子晶体在振动与噪声控制领域的研究现状,同时对车内噪声的产生机理进行了分析,最后对声子晶体在应用于汽车车内降噪方面的研究做了展望.     

一种新型双振子声子晶体带隙特性研究

为获得较宽频率范围弹性波耗散性能，并有效控制减振降噪频率带宽，提出一种新型双振子声子晶体结构，研究其能带和传输特性，并利用COMSOL Multiphysics软件计算该声子晶体结构起始频率、截止频率以及相应的振动模态，分析该结构带隙形成机理，以及散射体密度和尺寸对该声子晶体带隙的影响规律。研究表明：双振子声子晶体结构带隙打开是基体中长波行波与振子的谐振相互耦合作用产生的结果。研究结果可为工业装备的噪声与振动控制提供一种新方法。     

声子晶体梁在燃料电池车副车架减振中的应用研究

由于燃料电池汽车的中低频振动突出,而声子晶体在中低频的带隙特征可用于衰减该种振动。通过有限元仿真分析单振子、多振子声子晶体梁在副车架上减振特性的应用,表明声子晶体梁对副车架振动有较好衰减作用,且多振子带隙更丰富,可用于呈倍频关系的减振降噪中;研究的振子周期排列结构、副车架纵梁结构及副车架厚度对减振特性影响,可为声子晶体在汽车减振降噪的应用提供新思路。     

一种特殊的布拉格型声子晶体杆振动带隙研究

针对工程中常见的多杆结构的振动抑制问题,将声子晶体具有独特的振动带隙这一理念引入进来,构造了一类布拉格型声子晶体T型杆。在波动方程的基础上,采用传递矩阵法,对声子晶体T型杆的面内和面外振动带隙特性进行了理论推导和数值分析。研究结果表明:弹性波在声子晶体T型杆中传播时会发生波型转化,这种波型转化一方面使得不同波型对应的带隙可以同时发挥振动抑制作用,从而拓展了减振频带;另一方面也使得对于任意方向的振动激扰均能够获得明显的衰减效果。因此,声子晶体T型杆能够很好的满足工程中常见的多维宽频减振需求,是一类良好的减振元件。     

基于多层S型局域振子的声子晶体双层梁结构带隙特性研究EI北大核心CSCD

针对工程中的振动噪声控制问题,提出了一种声子晶体梁结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算了该结构能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体梁结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。由局域共振带隙形成主要机理,研究了低频段振动噪声控制的声子晶体梁结构,可应用于工程中特定频率的减振降噪问题。并对比分析了声子晶体单层梁结构和声子晶体双层梁结构的带隙特性,研究了单/双层梁结构振动的通性。研究了各参数对声子晶体梁结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理设计参数,可以实现结构特定范围的低频隔振,在船舶、大型发电机组及其他工程的振动噪声领域中具有很好的应用前景。     

一维声子晶体的振动特性与实验研究

研究了铝/橡胶一维声子晶体的机械滤波特性.采用有限元和传递矩阵法导出了弹性波在一维声子晶体中传播的理论模型.对声子晶体的振动传输与隔振特性进行了实验研究.研究结果表明：铝/橡胶一维声子晶体存在振动带隙,改变单元的几何尺寸和材料特性,能将带隙频率范围扩大并延伸至低频;实验验证了理论模型的预测,为铝/橡胶声子晶体在发动机隔振控制上的应用提供了依据.     

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。     

二维三组元液系声子晶体声波带隙结构

1.引言 近年来,关于弹性波在周期性复合介质中传播的研究比较活跃[1-14].弹性波受到周期性复合材料弹性常数的调制,会产生声子带隙,即一定频率范围内弹性波的传播被抑制或禁止,此类复合材料称为声子晶体[1].声子晶体每个组元具有三个独立的弹性参数,即质量密度ρ、纵波波速cl、横波波速ct,所以声子晶体带隙特性的研究具有更丰富的物理内涵.另外声子晶体在无源隔音、精密机械平台减振、声滤波器等新型声学功能材料方面具有广泛的应用前景.因此,声子晶体带隙特性的研究正在成为一个新的热点.     

薄板声子晶体的弯曲振动特性

利用Patran软件建立薄板声子晶体的有限元模型，通过仿真计算，可以得到一定带隙频率在164～ 353 Hz之间。提出薄板弯曲振动的Z模式简化模型，分析基体密度等材料参数、包覆层厚度及约束对带隙的影响。利用亚克力、钢、硅胶材料制作声子晶体样件，并进行传输特性实验，得出2 000 Hz的频率范围内存在明显的带隙，且振动衰减幅值达到40 dB以上，为声子晶体在车用板状材料减振的具体应用提供依据。     

基于振动与噪声控制的声子晶体研究进展

声子晶体是一种新型的声学功能材料,对声子晶体的研究引起了国内外研究机构的高度关注.文章在介绍声子晶体的概念及基本特征的基础上,着重阐述了声子晶体的应用,特别是在振动与噪声控制方面的应用研究.最后对声子晶体在振动与噪声控制方面的研究发展作了展望.     

二维复合结构声子晶体的振动特性与实验研究

声子晶体可以获得低频带隙,抑制特定频率振动的传播。建立二维复合结构声子晶体的有限元模型,分析其传输特性,以得到各组元参数对带隙的起止频率及带宽的影响。分析声子晶体的各种材料参数、结构参数、周期数、排列方式等对带隙的影响。利用铝板、硅胶、钢片材料制作复合结构声子晶体样件,进行传输特性实验,得到的频率响应曲线与有限元仿真结果吻合很好。进而为声子晶体在中低频减振中的具体应用提供依据。     

一种局域共振型角式声子晶体梁

局域共振型声子晶体梁具有纵向振动带隙和横向振动带隙,一般而言,前者频率范围很窄而且衰减量极小,后者频率范围很宽并且衰减很强,二者往往不在同一频带,因此很难满足同一频带内的多维减振要求。针对这一问题,为充分利用横向振动带隙的宽频带强衰减特性,提出了一种局域共振型角式声子晶体梁,采用传递矩阵法进行了理论分析和数值求解,并进一步在有限元软件中做了仿真验证,结果表明该角梁能够通过纵波与横波的转换,使得三个自由度上的振动均能在同一频带内得到有效的衰减,从而一方面满足了工程上的多维减振需求,另一方面也拓展了声子晶体减振应用场合。     

弹性支撑条件下一维声子晶体结构振动特性研究

为了开展弹性支撑环境下一维声子晶体结构弯曲波振动特性的研究,采用回传射线矩阵法对其频率响应函数曲线进行计算,并开展相应的参数化研究。通过与有限元法比较可以发现,二者的吻合程度较好,证明该计算方法的正确性。为了进一步分析几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体振动特性的影响规律,对不同情况下带隙的起始频率、截止频率以及带隙宽度的变化情况进行总结,得到相应的影响规律。结果表明,几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体结构的振动特性影响情况存在不同的情况,有着各自的影响规律。     

一维声子晶体振动特性与仿真

研究了一维细长杆声子晶体振动特性。利用平面波展开法，计算一维无限周期结构声子晶体的带隙结构，发现每一带隙的宽度与材料的组份比有关。对于有限结构的一维声子晶体，利用MSC／NASTRAN进行防真，仿真结果与实验吻合较好。并通过仿真不同直径的声子晶体研究了横波对带隙的影响。     

一维杆状结构声子晶体扭转振动带隙研究

从椭圆杆的扭转振动方程出发，利用平面波展开法，给出了无限周期结构的一维声子晶体杆的扭转振动能带结构。发现一维声子晶体具有扭转振动带隙，并且分析了椭圆形状对带隙频率的影响。利用有限元方法计算了有限周期结构的椭圆杆的扭转振动频率响应，在带隙频率范围内频率响应具有明显的衰减。扭转振动是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一，周期结构杆中存在扭转振动带隙为减振理论与应用提供了一种新的思路。