周期结构细直梁弯曲振动中的振动带隙

通过将声子晶体中的周期结构思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种二组元变截面周期结构细直梁。采用平面波展开法计算了无限周期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,在该细直梁中存在振动带隙。晶格尺寸、材料组分比、截面尺寸对振动带隙的影响也进行了讨论。采用有限元法计算了有限周期的细直梁的振动传输特性,计算得到的振动传输特性曲线上的频率衰减范围与平面波计算得到的带隙位置基本吻合。最后以有机玻璃及铝构成的细直梁为例,采用振动试验对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论计算及仿真结果基本吻合。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,周期结构细直梁中存在弯曲振动带隙为梁类结构的减振提供了一种新的思路。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于局域共振理论的双层筋板带隙研究

三角筋板结构广泛应用于各种载运设备。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。本文采用声子晶体局域共振理论对双层筋板的低频振动进行减振研究,结果表明,通过在附加局域共振子的方式,运用有限元法可以计算出500Hz以下低频段带隙,可以为实际运用提供理论基础。     

周期弹簧振子结构振动带隙及隔振特性研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动(弹性波)带隙,带隙频率范围内的振动(弹性波)在该结构 中无法进行传播。在计算无限周期弹簧振子结构振动(弹性波)带隙的基础上,采用数值方法计算并讨论了有限周 期弹簧振子结构的振动传输特性及隔振特性,最后以双质量周期弹簧振子结构为例,对其振动传输特性及隔振特 性进行了试验验证。     

周期弹簧振子结构振动带隙理论与实验研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动 (弹性波 )带隙特性 ,即带隙频率范围内的振动 (弹性波 )无法在该结构中进行传播。本文首先计算了无限周期弹簧振子结构振动 (弹性波 )带隙 ,进而采用数值方法对有限周期弹簧振子结构的振动传输特性进行了仿真计算 ,最后对双质量周期振子结构进行了试验验证。理论计算结果、仿真结果和试验测试结果相互吻合 ,即在带隙频率范围内的振动在频响曲线上有较大衰减     

充液周期管路的轴向振动带隙特性

充液管路的固液耦合振动广泛存在于各种工程领域中,对其振动控制进行研究具有重要意义。将声子晶体思想引入到管路结构设计中,将管壁设计成周期性结构,可以利用带隙特性实现管路的振动控制。利用平面波展开法,计算固液耦合条件下的周期管路结构轴向振动能带结构。计算表明,周期管路结构的轴向振动存在振动带隙,液体耦合效应使振动带隙的频率范围降低。同时分析泊松耦合、管壁厚度等因素对带隙频率范围和宽度的影响。充液周期管路结构的振动带隙特性为管路的振动控制提供了一条新的技术途径。     

FLEXURAL VIBRATIONS BAND GAPS IN PERIODIC BEAMS INCLUDING ROTARY INERTIA AND SHEAR DEFORMATION EFFECTS

With the idea of the phononic crystals, the beams with periodic structure are designed. Flexural vibration through such periodic beams composed of two kinds of materials is studied. The emphasis is laid on the effects of rotary inertia and shear deformation. Based on the vibration equation, plane wave expansion method is provided. The acceleration frequency responses of such beams with finite structure are simulated by the finite element method. The frequency ranges of sharp drops in the calculated acceleration frequency response curves are in good agreement with those in the band structures. The findings will be significant in the application of the periodic beams.     

一维粘弹材料周期结构的振动带隙研究

采用迭代法改进了一维声子晶体带隙特性计算的平面波展开(PWE)算法,以使其适用于组成材料粘弹性所导致的弹性常数随频率非线性变化的特性。将该算法应用于丁腈橡胶(NBR)和钢组成的两种结构尺寸的一维周期结构声子晶体振动带隙的研究中,理论计算和振动测试结果吻合理想。进一步的理论分析表明,橡胶材料的储能弹性模量随频率的单调增加,使得在保持禁带开始频率不变的同时大大加宽了禁带范围,在3 mm钢/10 mm NBR以及7 mm钢/10 mm NBR两种周期结构一维声子晶体中禁带宽度分别增加了36.4％和34.0％。     

基于波传播法的一维声子晶体禁带

提出用波传播法(Wave propagation method,WPM)来研究一维声子晶体的禁带特性,并将该方法与平面波展开法(Plane wave expansion,PWE)进行比较,发现PWE随着波数的增加而逐渐收敛于WPM的结果.将WPM应用于一维二元和一维四元声子晶体禁带特性的计算中,在相同计算精度下WPM的计算时间大约为PWE的1/50和1/100.当考虑到粘弹性材料的频变特性时,WPM能直接得到声子晶体的禁带特性,在相同的计算精度下WPM的计算量大约要比经过迭代改进的PWE的计算量小两个数量级.     

THEORY AND EXPERIMENTAL INVESTIGAION OF FLEXURAL WAVE PROPAGATION IN THIN RECTANGULAR PLATE WITH PERIODIC STRUCTURE

0 INTRODUCTIONThe propagation of elastic wave in periodic composite calledphononic crystals (PCs) has received a great deal of attention[1-15].Particular interests are focused on the existence of the so-calledphononic band gaps (PBG) in which elastic wave…