颗粒物质流变学行为和材料参数对颗粒阻尼器能量耗散的影响

颗粒阻尼技术(NOPD),作为一种简单有效的振动控制手段被广泛应用于各种场合。基于离散单元法仿真,结合NOPD中颗粒系统的运动状态对阻尼效果进行分析,探究不同振动条件对阻尼性能的影响,从细观尺度阐述颗粒系统的能量耗散机理。并通过正交试验,考察颗粒的密度、剪切模量、恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数等材料参数对损耗因子的影响。研究结果表明,颗粒系统表现出不同运动状态时的流变学行为及细观结构导致了阻尼效果的变化,颗粒系统在浮力对流状态时表现出最优的阻尼效果。不同的颗粒材料参数在不同颗粒系统运动状态条件下对系统阻尼的影响程度不同。     

部分敷设阻尼材料的水下结构声辐射分析

基于统计能量分析（SEA）方法,分析了流场中部分敷设阻尼材料的有限长圆柱壳的声辐射特性,并进行了相应的声辐射试验测试。通过仿真结果与试验对比,验证了SEA方法在计算敷设阻尼结构的圆柱壳声辐射特性问题的有效性。在此基础上开展了部分敷设阻尼材料的水下结构辐射问题研究,分析了阻尼层敷设比例对水下结构振动与声辐射的影响;讨论了结构损耗因子对阻尼层减振降噪效果的影响。研究表明结构损耗因子对局部敷设于水下结构的阻尼层降噪效果有很大影响,本研究旨在为潜艇声学优化设计提供参考。     

内嵌局域共振型散射体结构的低频吸声性能研究

建立了内嵌周期性局域共振型散射体的水下吸声结构模型,验证了轴对称结构分析有限元方法的正确性。讨论了截面形状、芯体材料以及包覆层厚度等参数对吸声性能的影响规律,结合吸声峰处的位移云图及能量耗散密度云图分析了参数的影响机理。仿真试验结果表明,吸声峰由散射体共振引起,且第一、第二吸声峰均与芯体和包覆层的共振密切相关。采用遗传优化算法对变截面柱型局域共振散射体吸声结构在研究频段内的吸声性能进行了优化。优化结果表明,变截面散射体在吸声峰处发生共振的同时能激发更多基体位移,促进纵波模式向横波模式转化,有助于能量耗散并提高吸声系数,为低频宽带吸声结构设计提供了新的思路。     

颗粒流理论在建立NOPD能量耗散模型中的应用

为了研究颗粒进入对流状态时非阻塞性颗粒阻尼(NOPD)的能量耗散机理,引入颗粒流理论建立NOPD能量耗散的解析模型。借助离散单元法(DEM)初步研究了阻尼器内部颗粒的对流运动,引入普朗特混合长度理论对稠密颗粒流本构关系进行修正;借鉴振荡流理论最终得到NOPD的能量耗散解析模型。研究结果得到NOPD能量耗散率随颗粒参数变化的一般规律。在此基础上,搭建NOPD能量耗散功率测试实验台,对NOPD的能量耗散功率进行测试,验证了上述模型的正确性。研究结果进一步揭示了颗粒处于对流状态时NOPD能量耗散机理,为NOPD的应用提供了理论指导。     

振动波分离引起的能量耗散性能分析

通过在结构上附加阻尼弹簧支撑,利用非经典阻尼引起的模态复化效应使系统产生振动局部化现象,研究了简支梁结构在简谐位移激励作用下振动响应的抑制问题。采用波传播法描述结构的位移响应,利用阻尼弹簧支撑限制行进波分量向梁左侧区域的传播,从而实现了行波和驻波的空间分离和振动能量的定向传递。采用振动功率流方法分析了结构中的波形转换、能量储存和流动,确定了振动能量的流动方向。详细研究了阻尼弹簧支撑设计对梁结构振动能量的耗散作用,揭示了行波与驻波分离发生时刻振动能量的传递规律。通过典型算例,充分展示了利用阻尼弹簧支撑抑制结构振动响应的效果。探讨了激励频率、支撑刚度、位置和阻尼系数等参数对振动能量耗散性能的影响,比较了不同设计方案的抑振效果和能量耗散状况。     

水下目标吸声材料和结构的研究

全面了解和掌握水下吸声材料及结构在应用频率范围内其不同温度、压力等环境下的声学性能,对于水下目标结构的声隐身设计具有重要意义.结合近年来水下目标吸声材料和结构的应用及研究,从材料声学设计的角度,讨论了水下吸声材料的声学特性和研究进展.还对水下吸声结构的形式、吸声机理和应用情况进行了归纳和评述.最后预测了水下目标吸声材料和结构的发展趋势.     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能EI北大核心CSCD

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

基于能量法的颗粒阻尼器减振机理研究及参数分析

颗粒阻尼技术因频带宽和鲁棒性强等优点在土木工程减振领域具有良好的应用前景,但由于颗粒的力学行为具有高度非线性特征且影响因素复杂,相关力学机理研究尚不深入,亟需改进。在阻尼颗粒未发生堆积的条件下,考虑阻尼颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞过程和摩擦效应,构建一种颗粒阻尼器-单自由度结构系统力学模型。基于能量法对颗粒阻尼器-单自由度结构各组分能量进行求解,对结构系统各部分耗能规律进行分析,明晰减振机理,对颗粒阻尼器和TMD的减振效果进行对比并探究颗粒材料参数影响规律。通过单层钢框架电磁振动台试验验证基于能量法的结构动力分析的准确性。结果表明:在同等条件下,当结构发生共振时TMD的减振效果较优,非共振时颗粒阻尼器的减振效果较优;在非共振条件下,颗粒阻尼器的减振效果随碰撞恢复系数的减小或滚动摩擦系数的增大而增加,小粒径阻尼颗粒的减振效果更优。     

有源声吸收单元吸声量计算及吸声机理研究

多个有源吸声单元可构成有源吸声层，用于吸收任意方向入射的低频声波。本文利用声弹性理论研究吸声单元的声场与振动特性，从理论上计算了有源控制前后吸声单元的吸声性能，研究了影响吸声效果的诸因素以及吸声机理。     

基于统计方法的NOPD耗能机理定量分析

非阻塞性微颗粒阻尼（NOPD）是在传统颗粒阻尼和冲击阻尼技术基础上发展起来的新型阻尼技术。本文从湍流物理模型出发,基于统计方法定量分析了NOPD技术的耗能机理。经分析认为,高频振动中的NOPD颗粒群其运动状态和湍流运动相似,故引入Kolmogorov的局部各向同性假设,得到NOPD的结构函数表达式及能谱密度表达式。研究结果表明,同种材料,相同颗粒直径情况下,能量耗散率随颗粒群体积比的增加而增大;相同颗粒群体积比时,能量耗散率随颗粒直径的增加而增大。统计方法的引入,为NOPD的工程应用提供了一种有效的定量分析方法。     

基于统计能量法的隔声瓦减振性能仿真研究

在水下结构表面敷设隔声去耦材料是应用最广泛也是非常有效的一种提高舰船隐身性能的方法。基于统计能量法开展了隔声瓦对复杂锥柱结构水下振动的影响研究,讨论了隔声瓦敷设方式对复杂锥柱结构水下振动的影响,分析了阻尼损失系数对隔声瓦减振效果的影响。研究表明,隔声瓦敷设方式、阻尼损失系数对隔声瓦减振效果有较大影响:当隔声瓦敷设在结构振动主导传递途径上时,其对传递途径下游结构的振动抑制效果较为明显,而对于振源及传递途径上游结构振动的影响较小;隔声瓦减振效果随敷设密度的增大而增加,随阻尼损失系数的增大而有所降低。     

微机械谐振器可变锚点结构能量耗散特性分析

微机械谐振器在振动过程中总会产生能量耗散,并且具有诸如空气阻尼耗散、热弹性阻尼耗散、锚点结构耗散、表面耗散等诸多耗散机制,其中锚点结构耗散是一种主要的能量耗散机制。应用完美匹配层方法,将无限大区域入射波的吸收问题转化到有限区域内进行。针对中心支撑圆盘体模态谐振器,设计两种不同的锚点支撑结构,并分别讨论其几何结构的变化对谐振器固有频率和锚点损耗品质因子的影响。结果证明通过调整锚点结构,可以大幅度提高谐振器的锚点耗散品质因子,提高能量的利用效率。     

新型斜截面形状嵌套谐振器的吸声特性研究

设计了斜截面形状的一种新型嵌套谐振器并研究它的吸声特性。阻抗管实验证明了不同的单层结构组合具有可调的低频宽带吸声效应,声吸收机理在于微小结构区域中的空气摩擦和结构共振使声能耗散为热能。声-电类比模型说明吸声峰值和带宽都可以通过改变结构尺寸和组合来实现,所提出的结构制作简单,在低频吸声工程实践中有一定的指导作用。     

基于阻尼辨识的双层厚壁结构声振环境预示研究

高超声速飞行器主要舱段一般为双层厚壁结构,以满足防热和载荷需求。为了精确预示高超声速飞行器舱段结构的声振响应,开展了基于阻尼辨识的双层厚壁结构声振环境预示研究,提出了一种基于声振试验的阻尼损耗因子辨识方法,给出了基于阻尼辨识数据库的声振环境预示流程。以某超高声速飞行器双层厚壁舱段为研究对象,对结构声振耦合环境进行了统计能量分析,开展了声振试验和基于试验的阻尼辨识,得到了与试验结果吻合较好的声振环境预示结果。提出的双层厚壁结构阻尼辨识方法和声振环境预示方法对于飞行器结构动力学环境精确预示具有重要意义,可以广泛应用于航天、航空、船舶和汽车等领域。     

非阻塞性微颗粒阻尼柱阻尼特性的实验研究

摘要：针对三个非阻塞性微颗粒阻尼空心柱,分别采用铁粉、铅粉和砂粒作为填充颗粒,通过自由振动实验,研究颗粒填充率、质量比、空腔结构形式、颗粒材料类型等因素对构件阻尼特性的影响,探索构件的合理空腔结构形式。实验结果表明：颗粒填充率和质量比是柱阻尼的显著影响因素,设计颗粒阻尼柱时选取合适的质量比或填充率可以获得最大程度的阻尼增大效果。另外,多空腔结构形式、多空腔填充颗粒方案以及选用合理的颗粒材料类型均有助于柱阻尼的提高。不管采用金属颗粒还是非金属颗粒,颗粒质量比宜控制在0.3~0.5的范围。当颗粒用量不大时,选用铅粉、铁粉等金属颗粒比采用非金属颗粒能获得更大的结构阻尼。实验结果可为非阻塞性微颗粒阻尼柱的合理设计提供依据。
     

敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性研究

研究敷设空腔覆盖层水下复杂目标的声散射特性具有重要的意义。首先通过建模软件构建目标模型，然后利用分层近似法，结合多层介质的传递矩阵方法，将含有变截面空腔的吸声覆盖层分为多个可视为圆柱空腔结构的薄层，进而实现复合结构的声反射系数的求解，最后利用基于戈登(Gordon)积分的板块元方法对目标强度进行预报，并针对复杂目标提出基于光线投射的可见面元判别方法。在此基础上，以BeTSSi Ⅱ标准模型为例，研究敷设空腔覆盖层的水下复杂目标的声散射方位特性和频率特性。结果表明：文中提出的基于光线投射的可见面元判别方法可以快速有效地提供板块元方法所需的可见面元；板块元方法对BeTSSi Ⅱ标准模型的预报结果可以很好地反映其目标强度的特征及其变化规律；模型敷设空腔覆盖层可以有效降低目标强度，与敷设等厚均匀覆盖层时相比，复合结构声反射系数曲线的第一谷值频率降低，在频率较低时敷设空腔覆盖层的吸声效果更好，可以进一步减小目标强度。该研究有助于实际工程中实现对水下平台散射特性的快速预报。     

黏弹性泡沫多孔材料骨架特征参数对材料吸声性能的影响

基于Biot理论,研究了黏弹性多孔材料体积模量、损耗因子和骨架密度三个特征参数对吸声性能的影响规律。针对实际三聚氰胺泡沫材料,应用准静态法测量出其杨氏模量和泊松比,并根据上述规律推断出测到的骨架参数对阻尼和黏性耗散影响。为了进行验证,进一步测量出材料的静流阻率,并根据Dunn-Davern模型计算出有效密度和压缩模量。根据以上参数计算出刚性背衬下的材料吸声系数,在与实验值一致的情况下,进一步分解为阻尼、黏性和热传导耗散,其变化特征表明该材料阻尼耗散较小,共振现象明显,在1/4波长共振频率附近会引起黏性耗散和总吸声明显减少。     

声内耗填料对阻尼吸声涂层吸声性能的影响

讨论了声内耗填料的形态、种类对阻尼吸声涂层吸声性能的影响,试验结果表明填料颗粒形态不是影响涂层吸声性能的主要因素,但同种填料,颗粒形态的微观尺寸越大,其涂层的吸声性能越好;同一形态,不同填料的吸声性能大小主要取决于填料的种类,与填料的形态和微观尺寸没有必然的联系。     

《车身阻尼层结构的声灵敏度分析及优化》

车身多层阻尼结构的振动特性及隔吸声特性是影响车室空腔声响应的重要因素。一个简化的车身模型用于研究车身多层结构对车内声压级的影响。通过这个模型,研究了车室空腔声响应与阻尼结构之间的关系。对车身阻尼结构进行了声－结构灵敏度分析,并对优化了阻尼层结构参数。