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。     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构EI北大核心CSCD

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

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。     

流场中填充吸声材料夹层板结构的声振耦合特性

采用等效流体模拟吸声材料,建立了外部流场作用下填充吸声材料夹层板结构的声振耦合模型,应用波动分析方法研究结构中声的透射特性,分析了入射声波入射角和方位角、流场流速和流向、夹层结构几何尺寸等参数对填充吸声材料夹层板结构声振耦合特性的影响。仿真计算表明吸声材料提高了双层板结构的隔声性能;隔声性能随着面板厚度和夹层厚度的增加而提高,随着入射角和方位角的增大而减小;在计算频段内(0~5000Hz),逆流入射时传声损失随着马赫数的增大而减小,顺流入射时却随着马赫数的增大而增大。     

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。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

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。     

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。     

多组声子晶体复合结构的隔声性能

运用波动分析法,导出了平面波垂直入射时声子晶体禁带特性的计算方法。探讨了构建声子晶体复合结构用于隔断和屏蔽人体敏感噪声谱的可行性。分析计算了由多层铅/软橡胶声子晶体与多层钢/丁腈橡胶构成的声子晶体复合结构的隔声性能。结果表明,通过参数的合理调制和搭配,这种声子晶体复合结构能够降低起始频率和提高禁带宽度,达到人们所要求的隔声目标和良好的隔声效果。     

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。     

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。     

复合材料夹层板隔声性能测试研究

本文设计并研制了一种各向同性玻璃短纤维聚酯／聚氨酯泡沫夹层复合材料隔声板，并用混响室法测试了试件的隔声量，结果表明该复合材料夹层结构具有优良的隔声能力和较高的性能价格比。     

几种典型复合材料板振动特性综合对比分析及设计规律研究

为探究复合材料可设计参量对板格振动特性的影响规律,以玻璃钢板为设计基准,针对碳/玻混杂、橡胶格栅夹层、浮力材料格栅夹层等3种典型复合材料板方案,开展了固有频率和振动加速度振级特性的仿真分析和模型试验研究。研究结果表明,等厚度的碳/玻混杂板和玻璃钢板质量相当,碳/玻混杂板具有较好的振动抑制特性;格栅夹层板振动特性主要受芯材性能影响,浮力材料格栅夹层板刚度质量比最大,对测试频段内(0～2 000 Hz)振动都有较好的抑制作用,而橡胶格栅板对更高频段(2 000 Hz)振动抑制效果较好,因此在芯材选择时应选用高阻尼、刚度与格栅想接近的材料;20 mm等厚度的碳/玻混杂板振动响应略低于浮力材料格栅夹层板。以上结论可为复合材料板结构应用选型提供依据。     

车用凸形板结构的隔声分析

针对路面车辆的行驶噪声,利用外尔声子晶体表面态具有沿特定方向声传输的特性,通过声振子结构来设计声边界,调整声传输路径,改善车内声环境。首先提出一种新的凸形板单元模型,进而探讨合成维度SH(Shear Horizontal)波输入下的一维声子晶体应用于汽车隔声的理论依据,最终得到不同结构参数下模型色散曲线及色散曲线影响因素,实现声边界效应。通过仿真分析证明,模型存在实现声定向传播和声阻现象的结构参数。通过不同结构参数模型改变声传输路径的方法,为车辆隔声提供一种转移噪声的研究方向。     

宇称时间对称声子晶体纳米杆波动特性分析

提出一种宇称时间对称声子晶体纳米杆结构,并构建一种非局部有限元杆的波动力学模型,研究宇称时间对称声子晶体纳米杆中一些新颖的弹性波传播机理。研究结果表明宇称时间对称性声子晶体纳米杆的能带结构出现简并点,且简并点之前频率为实数,简并点之后频率则以复共轭的形式成对出现。虚部能带结构中正、负频率的成对出现表明结构中单色波传播呈现增强和衰减的效应。进一步研究尺寸效应对一维宇称时间对称声子晶体纳米杆结构中弹性波传播的影响,研究表明尺寸效应可以改变结构带隙频率所在位置及其宽度。该研究为宇称时间对称性声子晶体纳米结构在振动与弹性波控制领域的工程应用提供一定的理论指导。     

波纹芯体夹层板分频段隔声性能多参数优化

应用遗传算法与梯度算法相结合的混合优化算法,在结构质量及整体刚度约束下,分两个频段对波纹芯体夹层板在中置点声源激励下平均透射声功率进行单参数和多参数优化分析,其中优化目标函数,即夹层板透射声功率用谱元法和Rayleigh积分进行建模计算。优化结果表明,单参数和多参数优化都能明显改善波纹芯体夹层板在高频段(701 Hz~1 500 Hz)的隔声性能,但两种方法在低频段(1 Hz~700 Hz)效果均不显著,证明单纯针对结构参数优化能够有效地抑制由局部模态引起的透射声峰值,但是对结构整体模态引起的透射声峰值影响有限。进一步对比表明,对具有多个结构参数的波纹芯体夹层板,其隔声性能多参数联合优化结果明显优于单参数优化结果。     

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.