多振子梁弯曲振动中的局域共振带隙

为探究新型周期结构的低频多带隙特性,提出了周期布置双自由度振子的局域共振型平行并联梁结构。利用平面波展开法,计算了无限周期结构的弯曲振动能带结构。采用有限元法计算了有限周期结构的振动传输曲线,并通过模态分析和变形模式研究了带隙产生机理。建立了双自由振子并联梁的简化模型,推导了带隙起止频率简化公式,研究了结构参数对带隙特性的影响规律。最后制作了模型试件并进行传递特性分析,验证了理论和有限元法预测带隙的准确性。研究表明,仅改变两梁之间连接弹簧的刚度,可以有效调节带隙频率,为双自由度振子双梁周期结构的减振控制提供参考。     

间距比对双振子局域共振轴纵振带隙的影响

对双振子局域共振轴纵向振动的带隙行为进行了研究,采用传递矩阵法推导得到了双振子局域共振轴纵振能带结构关系的解析表达式,对双振子局域共振轴的带隙进行了计算。结果表明在振子总质量相同的情形下,双振子局域共振轴相比于单振子而言能够拓宽带隙宽度。此外,针对振子间距比对双振子局域共振带隙特性的影响进行了分析。研究发现:尽管原胞的晶格常数保持不变,然而振子间距比会对各带隙的宽度产生影响,带隙极大宽度发生条件为振子间距比θ=0.5或θ=1(θ=0)时;在一些情形下,适当的间距比可以使得局域共振带隙之间产生带隙融合现象,进而形成一个超宽带隙;对于双振子局域共振轴,布拉格带隙边界频率不完全取决于晶格常数,而且还同振子间距比相关。     

基于局域共振声子带隙的扭转减振器设计方法

通过动态等效转动惯量分析,讨论了扭转减振器的减振频带特性与局域共振声子晶体带隙的相似性。基于局域共振声子晶体理论提出扭转减振器减振带隙的计算方法,并研究了扭转减振器几何设计参数及材料设计参数对减振带隙的影响规律。在此基础上,针对某国产MPV车型传动系扭转振动引致的车内轰鸣声问题,运用减振带隙计算方法设计扭转减振器,试制、安装样件并进行整车传动系扭振及车内噪声试验。结果表明,该扭转减振器可有效抑制传动系扭转振动,降低车内轰鸣声,提升整车声振舒适性。     

双局域共振机制声子晶体带隙特性研究

提出了一种双局域共振机制,结合有限元法对该机制声子晶体结构的带隙生成机理和带隙的影响因素进行了深入分析研究。2个刚性质量体互为刚性边界和振子,由此产生了2个可以互相转化的局域共振单元。双局域共振结构的带隙位置由2个等效单自由度系统的固有频率共同决定,带隙的宽度与2个质量体密度、内振子半径、弹性介质的弹性模量密切相关。研究发现,2个质量体密度差别越大、弹性介质弹性模量越高,带隙的宽度就越大。该机制在一定程度上削弱了基体与振子的紧密耦合关系,该结构具有较大的带隙变化范围,极大地增大了带隙的宽度,为宽频声子晶体结构的研究提供了新的思路。     

仪器舱舱段局域共振单元减振设计

仪器舱是运载火箭的关键结构,仪器舱的振动会影响电子设备的可靠性,因此,改善仪器舱的振动环境具有重要意义。介绍了一种螺旋型局域共振单元,并分析了其减振机理,提出将该局域共振单元应用到仪器舱减振上。以仪器舱缩比结构为对象进行仿真方法验证,建立并修正了缩比结构的有限元模型,分析了局域共振单元对缩比模型的减振效果,结果表明在20~200 Hz内结构的振动衰减可以达到30%。对局域共振单元和缩比模型进行加工并开展声激励试验,试验结果表明振动衰减达到30%以上,与仿真分析相吻合,从而验证了仿真方法的正确性和合理性。将该方法推广到仪器舱减振分析上,仿真结果表明在20~250 Hz内该局域共振单元对仪器舱的减振可达40%。     

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。     

三维局域共振型声子晶体低频带隙特性研究

提出了一种三维局域共振型声子晶体结构,通过有限元仿真分析了该结构的低频带隙特性和多重振动耦合机理,继而研究了几何参数的影响因素。结果表明,该结构可以打开50 Hz以下的超低频带隙,其中基体材料和圆柱谐振子的振动耦合是带隙打开的关键,圆柱谐振子的下表面的振动位移越大,越容易打开带隙。中间层斜条部分密度对于带隙的下边界几乎没有影响,但是可使带隙的上边界往高频移动,带隙宽度变大。导致带隙变化的关键因素是中间层S2部分的长度和S1部分的角度。本工作丰富了三维声子晶体低频结构设计和等效模型研究,在工程实践中具有一定的指导价值。     

可调谐局域共振梁带隙模型改进

局域共振声子晶体具有弹性波带隙特性,可用于结构振动与噪声控制。通过引入压电分流阵列也可以在基体结构形成弹性波带隙,尤其是谐振分流电路可以产生局域共振带隙。而且,通过调节分流电路参数可以方便地改变其局域共振带隙特性。研究了含压电分流阵列的局域共振梁带隙计算建模方法,指出了传统带隙模型的不足,并提出了改进模型。利用传递矩阵法计算了传统模型和改进模型弯曲波传播常数,比较了两种模型对带隙预测的差异,发现传统模型在局域共振带隙内形成了较大误差,利用改进模型可以大大提高局域共振带隙的预测精度。     

基于动力反共振结构的周期细直梁纵向局域共振带隙研究

引入动力反共振结构,构建了一种具有低频局域共振带隙的新型细直梁周期结构。基于传递矩阵法和Bloch理论推导了无限周期细直梁纵向振动弹性波能带结构的理论模型,利用有限元法建立了有限周期细直梁纵向振动传输特性的数值模型,仿真结果与理论计算基本吻合。通过分析局域共振带隙与共振子等效质量和等效刚度的关联,阐述了动力反共振周期结构对细直梁纵向振动的隔振机理,给出了局域共振带隙的变化规律。研究表明,与采用弹簧质量为局域共振子的细直梁周期结构相比,应用动力反共振结构能够实现更低的带隙初始频率。     

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。     

材料粘弹性对于一维局域共振声子晶体带隙的影响

声子晶体是具有声子带隙的人工周期性复合结构。作为常见的声子晶体的组成材料,橡胶材料的粘弹特性很少被考虑到,但其会对声子晶体带隙特性有重要影响。研究声子晶体考虑橡胶的粘弹性后的带隙特性,目的在于研究声子晶体在实际应用中的特性,以更好的应用声子晶体。建立了一维声子晶体梁的有限元模型。使用微分型粘弹性本构模型中的三参数Maxwell模型,推导了它的松弛剪切模量,将模型中的粘弹性转化为有限元模型中的材料参数。并通过进行有限元计算,比较和分析了考虑粘弹性之后对于不同形式声子晶体带隙的影响,发现粘弹性会影响带隙的位置和宽度,同时减小了振动的衰减。     

附着式局域共振声子晶体薄板的带隙解析解

声子晶体(phononic crystal,PC)作为一种具有超材料特性的复合减振材料,其带隙范围的计算一直是研究的重点,目前主要的计算方法都是数值方法,得到的带隙范围依赖于系统参数的选取,而带隙的设计只能采取参数试凑或优化的方法.针对以上问题,根据局域共振型声子晶体(locally resonance phononi...     

带局域共振单元液固混合介质隔振器的动力学特性研究

针对被动振动控制技术中大载荷设备的低频振动隔离难点,提出了带有附加质量单元体的液固混合介质隔振方案。基于双质量振子的单元体模型,建立了液固混合介质隔振装置的整体动态方程,推导出隔力和隔幅两种隔振情形下的传递率理论公式,计算出传递率曲线上的解析极值点。在给定隔振器参数下,比对考虑附加质量单元体与仅考虑弹性的一般性单元体对传递率特性的影响,结果表明：附加质量不影响隔振装置的静态承载能力,但会降低共振频率;更重要的,附加质量的存在使得传递率曲线出现了最小极值点,即最佳的隔振频率点,这大幅提升了对应频段的隔振性能;解析结果证实,有效面积比、单元体数量是调控隔振性能的重要参数。     

一种局域共振型声学超材料的半解析建模与带隙机制研究

基于声学黑洞(acoustic black hole, ABH)弧形梁体积小且模态频率丰富的特点,将声学黑洞弧形梁作为附加结构周期分布在直梁上,达到促进局域共振效应和拓宽低频带隙的作用,由此构建一种新的局域共振型声学超材料。针对局域共振型超材料,采用高斯展开法,建立其半解析理论分析模型,基于零空间法处理其内部连接以及周期边界条件,并通过有限元法验证半解析理论分析模型的准确性。分析和计算其能带结构,研究结构参数以及ABH效应对布拉格带隙以及局域共振带隙的影响机理。研究结果表明,该半解析理论模型能够对结构的带隙进行有效计算,附加弧形ABH的陷波机制能够促进结构的局域共振效应并对主梁进行有效减振,为声学黑洞声学超材料的应用提供了新的思路。     

低速风洞试验模型主动抑振系统设计与验证

开展飞行器风洞试验时,通常会出现模型振动情况,飞行器模型的振动会降低试验测量结果的精准度,在临界迎角状态时尤为严重,有时甚至会危害试验模型和设备的安全。为了提高试验质量,保障试验安全,应采取措施控制风洞试验中模型的振动,主动减振技术相较于被动减振技术适应性更强,可以满足风洞工况多变情况下模型减振需要。本文研究一套适用于低速风洞尾撑试验的基于压电陶瓷的主动减振系统,通过在支杆根部合理布置压电陶瓷作动器,将压电陶瓷的轴向运动转变成支杆的俯仰振动,以模型上振动加速度信号作为反馈,采用自适应内模反馈系统进行振动控制,并搭建地面模拟台进行了验证,试验结果表明本系统取得了良好的抑振效果。     

二维局域共振型声子晶体微腔结构的带隙特性研究

利用有限元法研究了含十字型所形成的二维局域共振型微腔声子晶体结构的声波带隙特性。同时计算了最低带隙带边对应模态的位移分布和结构的传输谱。研究结果表明,含微腔结构的声子晶体在较低频率域内出现了完全带隙且带隙边缘的起始频率低,然而对于无微腔结构的类四边形声子晶体板中,则无第二带隙出现,并且第一带隙频率宽度较窄。微腔结构是产生局域共振以及出现低频带隙的最主要的原因。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有益的支持。     

复合多自由度波导抑振器的抑振特性研究

复合多自由度波导抑振器通常敷设在动力设备的壳体上,以抑制壳体的弯曲波振动和声辐射。所提出的"缩减特征值法"能有效预报波导抑振器本身受激振动后对壳体的抑振特性。该动力分析方法针对无波导抑振器的壳体结构进行模态分析,只需要通过一次计算就可获得复合结构的动力响应。该方法的优点是:第一,在得到复合结构的共振响应后,直接叠加起来得到宽频带上的动力响应;第二,考虑了波导抑振器扭转和摆动的转动惯量的影响。对应的数值模拟计算表明,"缩减特征值法"正确地预报了波导抑振器的共振频率,而且在宽频带上也基本反映了多自由度波导抑振器对弯曲波的抑振特性。     

SPM抑振系数的理论与实验研究

为分析外界振动对扫描探针显微镜（SPM）针尖一样品副的影响,提出“抑振系数”的概念．围绕SPM针尖一样品副的动态力学模型,对抑振系数的物理含义、影响因素等进行了理论分析．搭建了SPM激振、测振的实验系统,对不同的SPM扫描器、探针、样品、针尖预应力以及针尖一样品副开／闭环对SPM抑振系数的影响进行了实验研究．在理论分析上和实验研究中,都证实SPM抑振系数与悬臂梁的有效质量、弹性系数、空气阻尼系数、针尖与样品的接触弹性系数和接触阻尼系数等相关,反映在实际SPM部件参数上,则较短的扫描器、较长的悬臂探针、较软的样品表面、较大的探针预应力、闭环控制的针尖一样品副等都是提高SPM抑振性的途经．     

含负电容谐振分流电路的压电声子晶体梁的局域共振带隙与振动衰减

通过在树脂梁上周期贴敷压电片,并连接由被动电阻-电感(RL)谐振分流电路和负电容(NC)电路串联而成的分流电路,构造了压电声子晶体梁结构。采用传递矩阵法计算了该类型压电声子晶体梁结构的带隙特性,并对电阻、电感和负电容对局域共振带隙的影响进行了深入分析,发现分流电路中的LC电磁振荡回路可产生局域共振带隙,而串联的负电容电路则可增强压电片的机电耦合效率,从而增强带隙衰减范围和衰减幅值。采用振动实验方法对理论分析结果进行了验证,证实串联的负电容对局域共振带隙的增强作用,为局域共振声子晶体的设计提供了新的思路。     

阻尼可调局域共振梁的设计与试验分析

局域共振型声学超材料能够形成低频局域共振带隙,控制弹性波传输,为实现结构减振降噪提出了新的思路。针对局域共振单元的阻尼对弹性波带隙的影响,设计阻尼可调的局域共振梁,进行数值计算及试验分析。提出通过外接分流电路与惯性作动器串联,实现阻尼可调的振子单元,并分析分流电路参数与阻尼之间的关系;最后引入负电阻分流电路实现对分流惯性作动器阻尼的调节,并拓展局域共振梁的带宽。数值计算和试验分析结果表明,局域共振梁存在最佳阻尼比范围。当惯性作动器等质量时,分流电路总电阻在1.535 2～5.571 1Ω内取值,带隙宽度达到最大;当相邻惯性作动器质量间隔为5 g时,总电阻在1.476 9～3.257 7Ω内取值,带宽达到最大;当质量间隔为10 g时,总电阻在0.986 2～2.046 9Ω内取值,带宽达到最大。