一类局域共振型声子晶体梁的带隙分析

针对局域共振带隙生成机理问题,给出一类由树脂基体、硫化橡胶套和铅套所构成的一维局域共振型声子晶体梁结构,并对其弯曲振动传输特性进行有限元分析,研究带隙起止频率的形成机理,给出相应的简化计算模型.结果表明:该声子晶体梁能够产生低频带隙;带隙的起始频率由局域振子的摆动模式决定,相邻振子间相位排列关系不具有明显的规律性;带隙...     

一维杆状Thue-Morse(TM)准周期结构声子晶体带隙特性的研究

提出了一维杆状TM准周期结构声子晶体模型,采用有限元法计算了其带隙特性并与周期结构进行了比较。研究表明,TM序列准周期结构声子晶体可以有效地拓宽带隙宽度且能降低起始频率,而且在带隙范围内产生了具有高品质因子的局域共振模;此外还发现,不同代次的TM序列、不同排序的材料组合都不影响其带隙范围,但改变材料参数(密度和弹性模量)却能改变其带隙范围。此研究可供其在减振降噪、滤波、波导等方面的设计和实际应用参考。     

一维均匀变截面声子晶体结构振动特性研究

为了研究弹性纵波在一维均匀变截面声子晶体结构中的振动特性,本文采用回传射线矩阵法计算得出频率响应函数曲线,并且与有限元法计算结果进行了对比。通过比较可以看出,二者吻合较好,证明了算法计算的正确性。为了分析各个参数对一维均匀变截面声子晶体的振动特性的影响程度,通过比较分析带隙的起始频率、截止频率、带隙宽度以及带隙范围内的最大衰减程度的变化规律,得出各个参数的影响规律。数值结果表明,各个参数对于一维均匀变截面声子晶体结构的振动特性存在着各自的影响程度,有着不同的规律。     

基于椭圆散射体的二维三角晶格声子晶体带隙

采用降低对称性改变带隙宽度及位置的思想,以椭圆柱体代替圆柱体构成二维三角晶格钢/空气声子晶体,利用平面波展开法计算其能带结构.结果表明,由于采用椭圆柱体降低了散射体的对称性,从而打开一条新的低频带隙,并且在一定的填充率范围内获得更宽的带隙.此外,散射体截面越接近于圆越容易打开高频带隙;反之,散射体的椭圆截面越扁,越利于打开低频带隙.该研究为声子晶体在低频减振和噪音控制的工程应用方面提供了一种思路.     

声子晶体的传输特性研究

为探究声子晶体的声波控制机理,研究了声波在声子晶体中的传播行为.通过分析声波激励声子晶体元胞的局域共振响应特性,计算了局域共振型声子晶体的频率响应.运用comsol软件模拟线声源激励在声子晶体薄板后汇聚成点声源.基于光外差测量平台进行了声传输实验,测量汇聚点的声压,并利用NE564组成中心频率为40 MHz锁相环电路来解调声子晶体表面振动信息.运用Matlab处理数据得到声子晶体的频率响应函数,即声子晶体传输特性.实验结果表明,共振频率可以确定声子晶体带隙,减小包覆层橡胶的刚度以降低带隙频率.     

不同填充率时三组元声子晶体缺陷态

运用基于平面波的超元胞方法,研究作为缺陷引入第三组元材料(四氯化碳)对二维二组元声子晶体(水/水银)带结构的影响。结果表明:当缺陷柱填充率发生变化时,原带隙的位置、宽度变化不大;缺陷带频率主要受第三组元材料物性参数的影响;当正常插入体填充率发生变化时,原带隙的位置、宽度都发生了改变,同时也影响缺陷带的出现,且这些缺陷态都是局域化的。因此,在具有宽带隙的二组元体系中引入适当的第三组元线缺陷,让缺陷带频率落在二组元体系的带隙中,就可以形成特殊的波导态。声子晶体的这一特性对于声波/弹性波的传播和新的声学应用具有重要意义。     

新型声学超材料梁带隙特性分析

为了突破局域共振带隙带宽窄的瓶颈,并获得宽频低频带隙,本文将基于磁流变弹性体的局域共振单元应用于新型超材料梁的设计.本文采用谱元法对所设计的超材料梁进行建模计算,基于离散傅里叶变换理论和变分法构建了谱梁单元,基于力-位移关系法构建了磁流变弹性体局域共振谱单元.利用有限元法计算结果的收敛趋势检验了本文结果的正确性.通过频响曲线讨论分析了外加磁场强度、局域共振单元附加质量和单胞梁段的材料组成等因素对所设计超材料梁带隙特性的影响.研究发现,采用基于磁流变弹性体的局域共振单元设计超材料梁,可以使局域共振带隙宽度达到与Bragg带隙相当的水平,有效拓展局域共振带隙的宽度,提高该超材料梁的减隔振能力;增大磁流变弹性体局域共振单元附加质量,将减小超材料梁Bragg带隙的下界频率并拓展其带隙宽度;增加磁流变弹性体超材料梁单胞数是提高其Bragg带隙和局域共振带隙衰减能力的有效手段;单胞梁段材料构成差异越大,低频带隙越多,总带宽越大,衰减能力越强.     

层状软声子晶体带隙及传输特性的主动调控

首先利用非线性大变形理论计算了预应力偏场作用下一维三组元层状软声子晶体材料参数、几何尺寸的变化,然后通过有限元软件Comsol建立了一维三组元声子晶体模型,研究了结构中小增量场纵波传播问题。通过Comsol软件计算得到了不同预应力偏场作用下的声子晶体带隙分布以及有限周期结构的幅频响应图,对比分析了施加力偏场、三种材料组分比的变化对声子晶体带隙位置和宽度以及有限周期结构中波衰减程度的影响。结果显示:通过外部预应力偏场的控制可以实现一维三组元软声子晶体带隙分布以及传输特性的主动调控。     

周期结构振动带隙特性优化研究进展

周期结构(声子晶体或超材料结构)拥有良好的振动带隙特性,从而达到减振降噪的目的。在应用过程中,针对不同减振频率需求,需要对其振动带隙特性进行优化以达到应用需求。本文论述了周期结构振动带隙特性优化的研究进展,介绍了通过对单胞构型、结构尺寸及材料参数等进行优化,以改进此类结构的振动带隙特性,达到不同减振需求的设计及研究方法,展望了振动带隙特性优化的研究前景及思路。周期结构振动带隙特性优化能够有效提升结构的减振特性,有较好的应用前景。     

二维十字排列椭圆孔声子晶体带隙研究

采用有限元及实验方法,研究二维十字排列椭圆孔声子晶体中弹性波传播的带隙以及人为引入的夹杂对带隙的调控. 当声子晶体薄板沿板厚方向均匀施加面内激励时,将激发面内的动力响应,对应于平面应力状态. 基于逆向思维,针对二维十字排列椭圆孔声子晶体薄板,建立平面有限元模型,计算该模型沿晶格ΓX方向的波动传输特性,分析孔洞长短轴之比、孔隙率和线缺陷等因素对带隙及弹性波传播特性的影响. 制作与计算模型同尺寸的声子晶体试样进行传输特性实验,测试结果与有限元仿真结果吻合. 结果表明,带隙的宽度随着椭圆孔长短轴比例的增加而增大,可以通过引入合适的线缺陷来反向调控声子晶体的带隙.     

采用Gabor滤波器的轴承状态监控方法

针对滚动轴承状态监控中最优共振频带难确定的问题,提出一种新的寻优方法和目标函数,可快速准确地定位共振频带,提取状态信息.通过两步网格搜索法,以包络稀疏性为目标函数,对Gabor滤波器参数寻优;然后对振动信号进行滤波并得到信号包络;最后运用包络自相关谱抑制噪声,突出运行状态信息.用仿真信号和实际信号对该方法进行了验证,结果表明,该方法能准确判明轴承运行状态.     

复式(4.82)晶格声子晶体的低频完全带隙实验研究

为了设计新型低频降噪材料,基于复式晶格可以降低晶体结对称性与打开低频带隙的特征,以单胞含4个"原子"的复式(4.8~2)晶格钢/水声子晶体为研究对象,通过实验测试了第一布里渊区ΓX和ΓM方向带隙的性质,并进一步分析了完全带隙边界点的本征模态特点,阐述了其声波能量分布规律.实验结果表明:低频的2个完全带隙频率范围与有限元法计算值较为一致.     

钢轨底部动力吸振器对钢轨振动与噪声的影响

为分析钢轨底部动力吸振器对钢轨振动特性和声辐射特性的影响,建立钢轨振动-声辐射模型.首先,根据铁路板式轨道实际拓扑结构建立三维实体有限元模型,采用直接法求解钢轨结构的特征值问题;其次,计算分析了钢轨在垂向单位力激励下的导纳特性与振动衰减率;再次,利用轮轨滚动噪声预测模型计算分析了动力吸振器对钢轨声辐射功率的影响;最后,...     

基于有限元分析的超声椭圆振动切削装置设计

超声椭圆振动切削技术(Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting, UEVC)是近年来发展起来的一种超精密加工技术,其加工装置的结构设计是当前研究的难点之一。本文通过分析现有的超声椭圆振动切削装置,设计了一种基于圆弧型柔性铰链结构的超声椭圆振动装置,利用有限元分析工具对该装置进行模态分析,找出了影响其谐振频率的关键结构参数并用全局优化模块优化参数,使装置的某一阶纵振和弯振模态的谐振频率一致,同时对该装置进行了多场耦合分析以预测不同相位下的刀尖运动轨迹。仿真分析表明,后盖板长度的变化会引起纵振和弯振模态谐振频率的显著改变,而底座厚度的变化对纵振和弯振模态的谐振频率几乎都没有影响,顶端长度的变化仅对弯振模态的谐振频率有一定程度的影响。基于上述仿真分析及优化,制造出UEVC装置的样机并测量其谐振频率和振动特性,测量结果显示该装置的谐振频率测量值与仿真结果吻合较好,所开发的装置能在谐振状态下输出椭圆轨迹,同时可通过调节施加电压的幅值和相位来使刀尖输出不同的椭圆轨迹,能用于脆性材料微结构曲面的加工。此外,对该超声椭圆振动切削装置施加频率与装置谐振频率一致的交流电时,其纵振和弯振的振幅将随电压幅值的增加而线性增大,其中弯振振幅对电压幅值的变化更为敏感。     

任意散射体二维声子晶体的带结构计算方法

通过将二维任意形状散射体的声子晶体单元离散化,采用数值积分的方法,解决了其结构函数求解中的积分问题,从而改进了现有的平面波算法,使之能够计算二维任意单元结构正方晶格声子晶体的带结构.通过对比采用传统的以及本文中改进的平面波算法分别计算得到的规则单元结构声子晶体的带结构,验证了文中算法的正确性.采用文中改进的平面波算法,可方便地对二维声子晶体的单元结构进行拓扑优化,从而改进其带隙特性.     

二维蜂窝晶格钢/水声子晶体能带结构

利用平面波展开法研究了钢柱按蜂窝晶格周期排列水中构成二维钢/水声子晶体的能带结构,并详细推导了蜂窝晶格的2种结构因子.基于超声浸水透射技术,沿着第一简约布里渊区2个高对称方向测试声子晶体的带隙.实验结果表明,第一完全带隙频率范围与理论计算结果相吻合.