基于有限元法带边型声子晶体结构的带隙研究

低频振动及噪声具有波长较长、能量较大等特点,因此处理难度较大。文中采用声子晶体局域共振理论对单层板的低频振动噪声进行减振隔声的研究,结果表明,通过附加局域共振子的方式形成带边型声子晶体结构,运用有限元法计算出500 Hz以下低频段带隙,为减振降噪实际运用提供理论基础。     

螺旋局域共振单元声子晶体板结构的低频振动带隙特性研究

低频振动和噪声的控制问题是当今环境面临的重要挑战。基于声子晶体的局域共振机理,设计一种新型的螺旋局域共振单元声子晶体板结构,并结合数值计算和试验测试对结构的低频振动带隙特性进行分析和验证。分析发现,共振带隙的产生是由螺旋共振单元的局域共振模态与板中传播的弹性波相互耦合作用造成的,而且带隙宽度与耦合强度直接相关。通过改变结构的材料和尺寸参数可以将共振带隙调节到满足实际应用要求的低频范围。数值计算结果与试验测试结果基本一致,同时证实所设计的结构在250 Hz以下的低频范围具有较宽的振动带隙,最低带隙频率低至42 Hz。这种结构设计及其研究结果为声子晶体研究提供了获得低频振动带隙的理论依据和有效方法,在低频减振降噪方面具有潜在的应用前景。     

基于局域共振的舰船浮筏低频减振方法

为控制动力机械激励下的舰船浮筏低频振动和噪声线谱,由变分原理建立了动力机械-平板-局域共振单元的耦合振动方程,采用模态叠加法导出了耦合振动方程的解,并给出了平板辐射声功率级的计算公式;设计了小尺寸轻质低频局域振子,分析了局域共振单元对动力机械激励下平板结构低频振动与辐射声功率线谱的控制效果。研究表明：在附加质量小于平板质量3%的要求下,局域共振单元可将低频振动线谱激励下平板结构表面平均振速级和辐射声功率级降低10%以上;当局域共振单元中包含多个固有频率不同的局域振子时,可以控制平板结构的多个低频振动与噪声线谱。     

细直梁弯曲振动中的局域共振带隙

通过将声子晶体中的局域共振思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种具有低频局域共振带隙的周期结构细直梁。采用传递矩阵法计算了周期边界条件下该细直梁弯曲振动中的弹性波能带结构,计算结果表明该结构中存在低频弯曲振动带隙。采用有限元法计算了有限周期该细直梁的振动传输特性。以有机玻璃、橡胶/铜块振子构成的该局域共振细直梁为例,采用振动试验方法对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论及仿真结果相吻合。结果表明,局域共振结构可大大降低带隙频率,并增大带隙衰减。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,局域共振结构的应用为其提供了一种新的思路。     

一维杆状声子晶体振动中的表面局域态研究

从两种材料组成的一维杆状声子晶体的振动方程出发,给出无限周期结构的振动波色散关系和半无限周期结构表面波色散关系。发现带隙宽度、表面波频率均与材料组份比有关。对于具有自由表面的声子晶体,当自由表面层材料的速度小于另外一种材料速度时,存在表面局域态。利用有限元法,仿真了有限结构声子晶体的振动频率响应。当存在表面局域态时,振动频率响应在带隙频率范围内出现共振峰,这些共振峰至少减小了声子晶体20dB的减振效果。     

双层欧拉梁声子晶体弯曲振动带隙特性研究

为了探究新型低频减振结构,建立局域共振型声子晶体双层欧拉梁简化模型,基于平面波展开法计算其能带结构,通过有限元仿真得到振动传输曲线并验证其带隙特性。结果表明,反对称振动和对称振动能带形成带隙,两能带耦合导致部分非带隙频段仍存在振动衰减,这是单层梁不具备的优势。根据固有振型给出带隙起始、截止频率的计算公式,并研究了弹簧刚度等对带宽的影响。     

声学超材料在低频减振降噪中的应用评述

低频机械波在传播过程中穿透力强,难以衰减,特别是次声频段的机械波易与机体器官发生共振,对身体造成危害。为了实现对低频机械波的有效控制,解决现代工业生产和生活中普遍存在的噪声污染问题,结合最近十几年发展起来的声子晶体和声学超材料,系统地总结和论述通过声子晶体和声学超材料解决低频振动噪声问题的新方法。归纳和总结典型的低频振动噪声来源和对其进行控制方面存在的一些困难,介绍低频振动噪声的危害。重点概括基于声子晶体禁带特性实现低频振动噪声被动控制的相关研究工作,主要介绍通过亚波长尺寸特征的杆、薄板和薄膜类结构来实现低频振动和噪声衰减的具体方法和效果。在声学超材料的理论框架下,讨论薄膜类结构在低频振动噪声衰减中的应用及其优缺点。通过结合实际工程需要和最新研究动态,对这一领域存在的问题和后续发展趋势进行总结。研究对推动声子晶体和声学超材料在工程实践中的应用具有一定的引导意义。     

局域共振型声子晶体梁的动态模型和带隙

建立了一种具有边界条件的局域共振型声子晶体梁的理论模型,其中声子晶体简支梁连接有周期分布的弹簧振子结构。根据Hamilton原理得到了该结构的动力学方程,采用Rayleigh?Ritz方法求得了该结构的动态特性以及局域共振型带隙的数值结果。所得到的结果同已有文献中的实验结果具有较好的一致性,说明所提出的理论模型是可行的。根据所建立的理论模型,分析了梁的长度和晶格常数对带隙的影响。可以看出：当声子晶体的晶格常数相对于梁的长度较小时,结构的频响特性中具有明显的带隙,在弹簧振子的固有频率处有反共振峰出现,并且始终位于带隙范围内;而当晶格常数相对于梁的长度较大时,结构的带隙情况较为复杂,且受边界条件的影响较大。     

立式凝结水泵次谐波结构共振故障诊断及处理

立式凝结水泵在变频运行状态下普遍存在结构共振的问题,总结了该类故障的抑制措施及效果。常规的凝结水泵共振,主频率都是工频,机械缺陷引发的低频振动较为少见。某两台凝结水泵出现了低频主导的振动超标故障,全面测试分析后,发现振动信号中的次谐波频率与结构固有频率存在合拍特征,诊断为次谐波振动引发的结构共振,解析了低频振动来源于轴承缺陷,通过检查证实了诊断的正确性,有效地处理了凝结水泵次谐波共振故障。     

二维开孔式局域共振声子晶体低频带隙研究

设计了一种二维开孔式局域共振声子晶体结构,结合有限元软件COMSOL计算了该结构的能带结构图及振动模态,并通过振动模态分析了该结构低频带隙产生的机理。研究结果表明,与传统的全连接结构相比,所设计的单元结构质量更加轻便,且带隙起始频率更低,可在42.34～119.81 Hz范围产生完全带隙。并在此基础上通过改变包覆层开孔半径及散射体的半径进一步分析了单元结构的带隙影响因素,其带隙的起始频率可低至29.72 Hz,可在29.72～91.93 Hz范围产生完全带隙,带宽为62.21 Hz。该结构所实现的低频带隙为声子晶体在工程实际中针对特定低频段的减振降噪应用提供了新思路。     

试验用齿轮箱轴系耦合振动有限元模态分析

由于齿轮传动系统中各转子间的运动相互联系、相互影响、相互作用,使齿轮传动系统的振动特性有别于单轴齿轮系统。在有限元分析软件ANSYS中建立齿轮-转子-轴承耦合系统振动模型,计算该系统的固有频率、振型云图,为后续的整机系统振动响应分析作铺垫。运用此方法可以在传动系统设计时避开齿轮箱啮合工作频率,避免由机械共振造成的整机故障,并为齿轮箱系统故障诊断提供理论支持。     

共振解调技术在风机旋转失速故障诊断中的应用

风机旋转失速故障的振动特征通常出现在较低的频段。容易淹没在噪声或转子失衡等其它零部件的故障特征中。难以分析和诊断。共振解调技术对低频冲击的高频共振波形进行包络检波,可以有效地提取低频冲击特征。本文提出基于共振解调技术的风机旋转失速故障诊断方法,并成功应用于某炼铁厂废气风机旋转失速的故障诊断中。     

局域共振型周期双层板简化模型带隙特性研究

基于广泛研究的声子晶体单板结构,通过在板面之间周期贴附"弹簧-质量块"共振单元,提出局域共振型声子晶体双层板简化模型。通过对传统平面波展开法加以改进,建立改进平面波展开法用于计算该模型能带结构。数值结果和分析表明,在低频段,能带结构可以打开一条完整的带隙。扭簧以及软材料的尺寸和黏性对带隙的影响比较明显,但转动惯量对带隙几乎无影响。该研究方法及结果可以为工程中减振降噪领域双层板甚至夹层板类声子晶体结构的研究提供理论参考。     

基于共振解调技术的风机旋转失速故障诊断方法

风机旋转失速故障的振动特征通常出现在较低的频段,容易淹没在噪声或转子失衡等其他零部件的故障特征中,难以分析和诊断.共振解调技术对低频冲击的高频共振波形进行包络检波,可以有效地提取低频冲击特征.提出基于共振解调技术的风机旋转失速故障诊断方法,并成功应用于鞍钢股伤有限公司炼铁厂废气风机旋转失速的故障诊断中.     

气体静压轴承单跨四圆盘结构稳定性试验分析

在气体静压轴承支承的单跨四圆盘结构转子试验台上,试验研究轴承-转子系统的振动特性。采用轴心轨迹、时域分析、频谱图等振动测试分析方法,呈现了半速涡动、双低频、低频共振等非线性动力学现象;分析了半速涡动、双低频、低频共振随转速的变化关系,定性分析了工频与低频的能量转化关系。结果表明:升速过程中采用较高升速率可避免低频振动的发生,降速过程中过大的降速率会引起半速涡动及双低频振动现象;试验中低频振幅增加导致工频能量减少,转速下降。     

贴附型局域共振声子晶体双层板的带隙特性

针对板面之间周期性贴附柱状散射体的局域共振声子晶体双层板结构,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双层板结构的传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。数值结果和分析表明,当激励点和响应点位于上下异侧板时,一条起始频率低并且带隙宽的完全带隙可以被打开。该带隙的打开可以认为是共振单元的振动模态和上下板的板振动模态相互耦合作用的结果。同时,由双板间空气声腔所带来的声振耦合效应对带隙的影响可以忽略不计。此外,双层板结构展现出许多相应单板结构共同的带隙特性,但其拥有单板所无法比拟的宽带隙特性。通过改变结构相关参数,可以实现对带隙的有效调节。     

大型车载光电跟踪设备隔振基础的主动控制

为了保证大型车载光电跟踪设备的稳定工作,提出了一种跟踪架的隔振方法。采用空气弹簧加上电磁作动器实施减振,其电磁作动器采取差动布置方案,使电磁作动器的输出力与控制电流成线性关系。对几种控制方法进行了对比分析,选用绝对速度反馈控制,保证隔振基础对高频振动的隔振能力,同时避免低频振动时产生共振。最后,通过MAT-LAB进行仿真分析。仿真和实验结果显示,z向低频振动振幅已从5×10-5m减至1.8×10-5m,θx向低频振动振幅从2.2×10-5m减至0.6×10-5m,θy向低频振动振幅从2.0×10-5m减至0.4×10-5m,同时能够避免产生共振,表明采用绝对速度反馈主动控制方法可以起到较好的减振作用。     

交变载荷作用下Cymbal换能器的压电性能

Cymbal换能器具有较高等效压电常数的特点,使其可能成为开辟新能源的一条有效途径。采用有限元方法对该换能器共振和非共振交变载荷作用下的电耦合场进行分析。计算结果表明,Cymbal换能器在共振交变载荷作用下所产生的开路电压很高,但由于此时所产生的应力较高,使得换能器工作失效;而在低频非共振交变载荷作用下该换能器能够正常工作,并产生与载荷同频率的具有一定幅值的交变电压。仿真结果表明,Cymbal换能器在非共振低频状态下,可以产生与载荷力同周期的具有一定大小的电压,可作为收集常见低频振动将机械能转化为电能的压电换能元件。     

金属橡胶复合材料的低频吸声性能

基于局域共振原理,设计了一种以金属橡胶为基本骨架、酸性硅酮为基质、铅珠为散射体的复合材料,通过吸声性能试验,研究了复合材料参数(金属丝填充率、铅珠直径、铅珠填充率)及其背后空气层厚度对金属橡胶复合材料低频吸声性能的影响。结果表明:金属橡胶复合材料具有很好的低频吸声性能;金属丝填充率的降低、铅珠直径的增大、铅珠填充率的增加等均有利于提高复合材料低频吸声性能;背后空气层厚度的增大有利于复合材料共振吸声频率向低频方向移动。     

钨芯体三维四元声子晶体振动带隙研究

在掌握声子晶体研究现状及其基本理论的基础上,采用集中质量法计算三维四元声子晶体的振动带隙,并考察填充率和散射体单元结构体积百分比变化对第一带隙的影响。研究结果表明:此结构在低频段存在振动带隙;随着填充率的增大,带隙边界频率向低频移动,带隙宽度增大;散射体单元结构体积百分比变化对带隙边界频率和带隙宽度有较大影响。研究结果为声子晶体研究提供了获得振动带隙的依据和有效方法。