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。     

声子晶体型浮置板轨道低频减振性能研究EI北大核心CSCD

地铁列车运行诱发的低频环境振动会对人体、精密仪器和建筑物产生不利影响,引起了人们的普遍重视。基于声子晶体理论,在钢弹簧浮置板轨道(steel-spring floating slab track,steel-spring FST)结构基础上,提出了一种声子晶体型浮置板轨道结构,通过引入弹性波带隙提升其低频减振性能。建立了周期半轨道模型,采用谱元法对其进行求解,揭示了声子晶体型浮置板轨道的能带结构与带隙特性;建立了有限半轨道模型,采用谱元法计算分析了不同轨道部件的位移导纳幅值、传递率与基础插入损失。结果表明,板下基础、浮置板和钢轨位移导纳幅值在低频带隙范围内的峰值显著降低,相比于钢弹簧浮置板轨道,声子晶体型浮置板轨道不仅低频减振性能得以提升,其轨道结构振动响应也有所减弱。     

声学近零折射率材料的声波调控研究

基于分形曲线和空间卷曲的理念设计出一种声学超材料,具有小尺寸调控大波长的特点。利用等效参数法提取了该超材料的等效质量密度和体积模量,在特定的频率点处,这种声学超材料具有近零密度特性,可以实现声波的零相位差传播和能量无损耗传输。基于有限元法分析表明:在近零密度频率点处,该声学超材料可以实现特殊的声学现象如声隐身、声隧穿、波前整形和声异常透射。最后,测试了加工样品的透射系数,结果表明:试验数据与仿真计算结果符合较好,验证了结构的有效性,表明该声学超材料可以用于声学器件的设计。     

一种基于声学超表面的管道消声声衬设计研究EI北大核心CSCD

通过设计长度渐变的狭缝单元阵列,提出一种基于梯度声学超表面的管道声衬模型。建立了该超表面声衬的声学特性数值仿真模型和理论计算模型,对其降噪特性及机理进行分析,并探究改变结构参数和声衬空间布局对降噪特性的影响,通过试验验证了该超表面声衬的消声效果。结果表明,超表面结构使声衬的降噪频段明显向低频拓展,并显著拓展其降噪频段,分析表明声衬的空间布局对其降噪效果也有很大影响。     

具有深度亚波长厚度的共面可调完美吸声板EI北大核心CSCD

针对具有深度亚波长厚度的声学超构吸声板,研究了其声学特性和物理吸声机制,以及进一步提高其低频声学特性的可能性。该吸声板单元通过将带有小孔的分隔板内置于以阿基米德螺旋形成的共面腔体中形成双层穿孔吸声体结构。研究表明,通过调整分隔板在腔体中的位置,可以在较宽的频带范围内改变吸声板的共振频率,而不改变其近似完美吸声的声学性能。对该吸声板建立了完整的用于描述其声学特性的理论模型,并通过数值模拟的方法揭示了其物理吸声机制。同时,研究并分析了吸声板结构参数对其声学特性的影响,为进一步改善其低频声学性能提供了基础。为了验证研究结论的有效性,采用3D打印技术对所设计的样品进行打印,测量结果与理论计算和数值模拟得到的结果具有很好的一致性。与未加入分隔板的吸声结构相比,该吸声板可以在更低的频率下获得近全吸声的效果。     

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。     

大尺寸薄膜型声学超材料复合结构低频宽带隔声性能研究EI北大核心CSCD

薄膜型声学超材料的提出与发展为使用轻薄结构有效解决低频噪声问题带来了希望。然而,受限于局域共振机理,单层的薄膜型声学超材料仅能够在极窄的频段范围内具备优异的低频隔声性能,很难满足舰船动力装备这类需要宽频段有效噪声的实际场景应用需求。通过将不同结构形式的多层薄膜型声学超材料进行复合,以期突破局域共振机理的窄带局限性,实现优异的低频宽带隔声性能。采用等效面密度概念,建立薄膜型声学超材料复合结构的隔声计算模型;基于双混响测试方法,开展多种复合方式的大尺寸薄膜型声学超材料复合结构的混响场激励隔声性能试验,验证隔声计算模型的有效性,比较并分析其低频宽带隔声性能。该研究工作为薄膜型声学超材料复合结构的隔声性能分析与实际工程应用提供一定参考价值。     

不同声子晶体模型的轨道结构振动带隙对比分析EI北大核心CSCD

为从弹性波角度准确分析轨道结构的振动特性,采用传递矩阵法建立单层欧拉梁、单层铁木辛柯梁,双层欧拉梁、双层铁木辛柯梁四种轨道结构声子晶体理论分析模型,分析结果表明,不考虑阻尼影响时,单层欧拉梁模型与单层铁木辛柯梁模型在0~250 Hz内带隙位置无明显差异,在1 000 Hz以上时二者的带隙位置则显著不同;双层欧拉梁模型和双层铁木辛柯梁模型0~250 Hz内带隙位置有较大不同,而在250 Hz以上频段内的"带隙"位置基本相同,且与单层梁模型带隙位置有显著不同。考虑阻尼影响时,各模型均存在通带变为不完全带隙,以及禁带的频带宽度会有微小展宽的现象,禁带的中心位置受阻尼的影响可忽略不计。在低频(0~250 Hz)内的现场测试结果与理论分析结果基本吻合,因此建议采用声子晶体理论分析钢轨振动噪声控制时,250 Hz以上的中高频振动分析采用铁木辛柯梁模型更为准确,分析250 Hz以下低频振动时,无砟轨道可用单层欧拉梁模型或铁木辛柯梁模型,有砟轨道应采用双层铁木辛柯梁模型。     

含有周期分布转动振子的声子晶体梁的弯曲振动带隙研究EI北大核心CSCD

将转动振子周期布置于基体梁上形成声子晶体梁,受到外激励时,转动振子对基体梁产生动态反力矩作用。基于欧拉梁理论,采用传递矩阵法计算得到含转动振子的声子晶体梁的复能带结构。计算结果表明,转动振子可以使得声子晶体梁产生窄频带局域共振带隙和宽频带Bragg带隙。分析转动振子的转动惯量和转动刚度对带隙的调控作用,得到带隙变化的一般规律。转动刚度恒定时,减小转动惯量会拓宽局域共振带隙。转动振子频率恒定时,过大或过小的转动刚度会减小局域共振带隙带宽。同时提高转动惯量和转动刚度可以有效拓宽Bragg带隙。针对有限长的含转动振子的声子晶体梁,用谱单元法计算振动传递率,验证了含转动振子的声子晶体梁的带隙特性。该研究为声子晶体的带隙设计提供了理论依据。     

基于分形理论的两粗糙表面接触的黏滑摩擦模型EI北大核心CSCD

两粗糙表面的接触本质上是大量微凸体的接触,具有复杂的力学行为,连接界面的力学建模是重要的科学问题。从微观角度出发,对单个微凸体进行接触分析,并考虑了微凸体相互作用造成的基底面的下降,根据分形理论积分,建立了整个接触面的法向接触模型。利用该模型,可确定在给定法向预紧载荷下微接触截面积的概率密度函数;根据Mindlin模型、Masing准则和分形理论,建立了两粗糙表面接触的切向载荷与切向位移的关系,并研究了不同参数对系统能量耗散的影响。数值仿真结果表明,能量耗散随分形维数D增大而增大,随分形粗糙度参数G及法向预紧力增大而降低。     

石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展EI北大核心CSCD

随着5G技术时代的来临和柔性电子器件的发展,国防和民用等领域对电磁屏蔽材料提出了更高的要求。石墨烯作为一种新型碳材料,具有独特的二维结构以及优异的物理化学性能,使得石墨烯基材料具有柔性好、质量轻、耐腐蚀性强以及高效的电磁屏蔽效能。本文基于电磁屏蔽的基本原理以及石墨烯基电磁屏蔽材料的制备方法,按照纯石墨烯材料、石墨烯基复合材料进行展开,综述了近年来石墨烯基电磁屏蔽材料的研究进展,并对其发展前景进行了展望。     

基于超润湿材料的乳液油水分离研究进展EI北大核心CSCD

在表面活性剂的作用下,油水混合物易转变为乳液,从而形成稳定的油水混合系统,给分离带来了困难。结合固体表面微观几何结构和化学组成,制备的超润湿材料为乳液油水分离提供了一个良好的平台。文中首先介绍了超润湿性的基本理论,然后综述了基于超润湿材料的乳液分离研究进展,包括分离油包水乳液的超疏水超亲油材料、处理水包油乳液的超亲水及水下超疏油材料和同时分离两种类型乳液的智能超润湿材料。最后,对该领域存在的一些问题以及未来的发展方向分别进行了总结和展望。     

基于蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料低频带隙研究EI北大核心CSCD

为降低居民区变压器的低频振动噪声并促使变压器环保达标,提出一种采用周期性配置蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料,以期实现变压器本体减振降噪。通过建立蝶形准零刚度弹簧的静力学理论模型,推导了蝶形准零刚度弹簧的回复力-位移、刚度-位移解析表达式,分析了其在平衡位置处的准零刚度特性,并采用有限元仿真验证了蝶形准零刚度弹簧的力学性能;以此为基础,基于欧拉-伯努利梁理论建立了由蝶形准零刚度弹簧周期性耦合硅钢片梁和硬铝合金梁构成的双梁超材料的元胞动力学模型,结合连续边界条件和周期性Bloch定理推导了双梁超材料的弯曲振动色散关系,研究了其低频带隙形成机理,仿真分析了双梁超材料的低频带隙特性。结果表明,通过蝶形准零刚度弹簧周期性弹性耦合硅钢片梁与硬铝合金梁形成的双梁超材料可产生应用于变压器铁芯硅钢片低频振动噪声高效抑制的低频带隙,且该低频带隙由布拉格散射-局域共振混合机制产生,为变压器低频振动噪声控制提供了一种崭新的思路。     

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。     

超高压对淀粉多尺度结构影响的研究进展EI北大核心CSCD

超高压是一种重要的淀粉物理改性技术,淀粉在超高压处理过程中其不同层次结构呈现出不同的变化规律,这些变化可以反映淀粉的改性效果并进一步影响淀粉的应用。文中综述了超高压对不同种类淀粉颗粒显微结构、层状结构、结晶结构和分子结构等多尺度结构的影响,并对超高压改性淀粉相关研究方向进行了展望,提出低于糊化压力处理过程中淀粉颗粒内部结构变化以及淀粉分子精细结构变化等方面的研究是后续研究的重点。     

振幅放大型钢轨吸振器对弹性波传播的控制研究EI北大核心CSCD

采用钢轨动力吸振器是控制轮轨噪声的有效手段,可以对其结构进行优化设计以更有效地实现减振降噪。基于振幅放大机制提出一种新型钢轨动力吸振器,建立按周期规律布置振幅放大型吸振器的轨道模型,采用能量法得到模型结构的带隙,利用COMSOL有限元软件对计算出的能带结构进行验证,并结合位移导纳和振动加速度级的结果研究和评估了振幅放大型动力吸振器的减振效果。此外,进一步分析了振幅放大的机理以及放大倍数对减振性能的影响。结果表明,从控制弹性波在钢轨结构内传播的角度来看,振幅放大型钢轨动力吸振器较常规型动力吸振器拥有更加优越的减振性能。     

聚乙烯醇/淀粉挤出发泡材料的泡孔结构调控及压缩特性EI北大核心CSCD

采用挤出发泡的方法制备了聚乙烯醇(PVA)/淀粉(St)泡沫,研究了机头压力、淀粉含量和成核剂二氧化硅(SiO_(2))对泡孔结构的影响,探索了定应变和变应变下泡沫的压缩特能。结果表明,挤出发泡棒材泡孔尺寸从中心到边缘呈梯度递减的趋势,提高转速能有效增大模头熔体压力、减小泡孔尺寸、提高泡孔密度。通过控制淀粉和SiO_(2)含量可调控泡沫的泡孔结构,提高SiO_(2)含量可使泡沫具有更加均匀的泡孔结构、更小的泡孔直径,而提高淀粉含量可使PVA/St材料的熔体黏度下降、泡孔结构均匀性下降、泡孔壁增厚。循环压缩结果表明,增加淀粉和SiO_(2)含量可以增强泡沫的压缩强度,当淀粉质量分数为30%、SiO_(2)质量分数为3%时,泡沫压缩强度达到350 KPa、回弹率达到89.4%。泡沫的能量吸收量和吸能效率随淀粉含量的增加而上升,但在定应变模式下,随循环次数增加而下降,随应变的增加而上升。     

基于多尺度下塑性指数模型的结合面接触刚度计算方法EI北大核心CSCD

螺栓连接结合面的接触特性是影响机械系统动静态特性的关键。当结合面处于振动疲劳状态时,会导致阻尼增大和共振频率减小,因此建立精确的栓接结合面接触模型对研究整个机床的动态特性有着十分重要的意义。结合Greenwood和Williamson给出的塑性指数表达式、统计学的粗糙度参数和分形参数,建立了与微凸体频率序数相关的塑性指数模型,从而根据塑性指数得到微凸体弹性-弹塑性-塑性变形的临界频率序数,并基于赫兹接触理论,通过对不同频率区间内微凸体的积分得到整个结合面的接触载荷和接触刚度。最后,通过有限元仿真与试验相结合共同验证了理论模型的正确性,证明该理论模型具有较强的工程应用价值。     

低温环境对多孔材料声学性能的影响研究EI北大核心CSCD

针对低温环境对船舶多孔舾装材料声学性能的影响,阻抗管吸/隔声性能测试研究是被开展。基于传递函数法进行不同环境影响下玻璃棉材料的声学性能测试,试验给出了温度和含水率对玻璃棉材料声学性能的影响规律;在此基础上,以内河破冰船为例分析了低温环境下玻璃棉材料声学性能变化对舱室噪声的影响。研究表明,低温环境下玻璃棉的高频吸声系数将随含水率增加而显著下降,插入损失随含水率增加而增加,但低温环境导致玻璃棉材料声学性能的变化不会提高舱室噪声的超标风险。     

基于声压测量的结构模态参数辨识EI北大核心CSCD

通过建立辐射声压与激振力之间的声压频响函数矩阵,提出了一个基于测量声压识别振动结构模态参数的方法。该方法可以通过非接触测量声压来识别结构的固有频率、模态阻尼比与模态振型,避免了附加质量对结构的影响。声压频响函数矩阵是基于边界元和Rayleigh积分方法结合有限元结构动力学方程建立的,适用于任意结构且与结构模态参数有明确的关系;对于测量声压时多激励单输出与单激励多输出响应的不同试验模式,该方法都能识别结构的模态参数。以一平板结构为例,数值验证了该方法的准确性与适用性。