弹性地基上具有轴向载荷的充液周期管弯曲振动带隙研究

弹性地基以及外力载荷都会影响结构的振动传递特性。利用传递矩阵法,研究了弹性地基上具有轴向载荷的一维充液管路弯曲振动带隙特性。研究表明,弹性地基可以抑制某特定频率下弯曲波的传播,但不是带隙的产生原因。弹性地基和轴向载荷均可以影响充液周期管路的带隙频率,而弹性地基则可以明显提高具有轴向载荷管路系统的稳定性。     

轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动特性分析

采用改进傅里叶级数展开建立了轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动分析模型。通过在梁结构两端引入平动和旋转位移约束弹簧,相应设置约束弹簧刚度系数可以实现对任意边界条件及其组合的模拟。梁结构振动系统位移场采用傅里叶级数附加边界光滑函数进行构建,利用能量原理建立轴向载荷作用下梁结构总动能、总势能和外力做功项,并结合瑞利-里兹步骤获得系统特征矩阵方程。通过数值算例,验证了该模型对不同边界条件、轴向载荷作用下梁结构振动特性分析的正确性与可靠性。在此基础上,研究了边界约束弹簧横向刚度、旋转刚度、轴向载荷等系统参数及激振力对梁结构振动特性的影响。该模型具有高效、高精度等特点,为研究轴向载荷作用下复杂边界条件梁结构振动行为提供了有效分析手段。     

平面周期管系对轴向波与弯曲波的隔离特性

管路的振动小仅造成噪声污染,而且造成机器设备的损坏.将声子晶体布拉格带隙原理引入到管壁的结构设计中,将管壁设计成沿轴向交替排列的周期复合结构,采用传递矩阵法,计算此周期弯管中轴向波及弯曲波的传输特性,同时用MSC有限元软件验证了传递矩阵法计算的正确性.研究表明平面周期管路存在弯曲振动、轴向振动带隙特性,在带隙频率范围内,对相应的振动波传播具有很强的衰减作用.进一步,研究材料阻尼比对管路振动特性的影响.     

周期声学黑洞结构弯曲波带隙与振动特性

作为一种被动型波操控结构,声学黑洞能对弯曲波起到较好聚集作用,再结合阻尼层能更好抑制结构振动波的传播.从声子晶体角度通过周期性排列构造一种声学黑洞结构与基体结合的一维声子晶体结构,选取合适的晶胞,采用有限元法对周期排列的声学黑洞结构弯曲波带隙特性进行研究,对比分析8周期声子晶体梁与等长度的恒定截面梁及周期楔形梁的振动位...     

一维杆状声子晶体的带隙特性

用有限元方法计算了一维杆状声子晶体的振动传输特性及其振动模态,从振形角度分析了一维杆状声子晶体相关参数(物理参数、尺寸参数)对带隙起始频率及带隙宽度的影响,发现带隙的形成与其模态振形密切相关,各参数对声子晶体带隙的影响主要是影响了个模态所在的频率,从而改变了其带隙的起始位置及宽度。     

一类声子晶体角梁的振动带隙研究

针对声子晶体直梁的低维窄带减振特性的不足,提出了一类声子晶体角梁。采用传递矩阵法对角梁进行了理论分析和数值求解,并进行了有限元仿真验证。分析结果表明：声子晶体角梁能够通过纵向振动和弯曲振动的转化使得组成梁的两种带隙同时得以发挥减振作用,从而有效地实现了宽频多维减振;声子晶体角梁的构造角度对其减振性能有明显的影响,90度角梁减振能力明显优于45度和135度情况;当加载角由0度向90度变化时,角梁内的振动由纵向振动为主逐渐过渡到弯曲振动占主导地位,弯曲带隙内的衰减也随之更加显著,反之亦然;扭簧能够加强角梁的“弹簧-振子”效应,不仅可以增加总振动带隙的宽度和衰减量,而且提高了低频区减振能力。     

层状三元周期结构的带隙计算

对于层状三元周期结构的带隙分析和研究目前还属空白。基于声子晶体理论,将层状三元周期结构简化为一维声子晶体结构,并利用集中质量法,分析了材 料密度与材料阻尼比变化对第一带隙的影响。研究表明,材料密度的改变对第一带隙产生较大影响;材料阻尼比的变化对第一带隙影响不明显。研究结论为层状三元结构带隙设计提供了理论依据。     

周期颗粒阻尼复合板结构的带隙特性研究

首次将颗粒阻尼运用到局域共振型性周期结构中,推导和验证了周期颗粒阻尼复合结构带隙的计算公式。通过设计一种周期颗粒阻尼复合板结构并测试该结构的振动传输特性,探究周期颗粒阻尼复合结构带隙特性的结构影响因素及变化规律。结果显示:①周期颗粒阻尼复合板结构的传输特性中会出现一个振动剧烈衰减区,说明周期颗粒阻尼结构具有带隙特性;②周期配重的板结构带隙起始频率会随着质量的增大而先增大后减小,其中,当配重50 g时带隙起始频率最大;③相比较配重同等质量的结构,周期颗粒阻尼结构带隙均变宽,且最大衰减幅值均变大。④当颗粒阻尼器间距为0 cm、2 cm、4 cm、6 cm时,周期颗粒阻尼复合板结构带隙宽度分别为100 Hz、170 Hz、230 Hz、400 Hz,带隙宽度逐渐变大,且最大衰减幅值也逐渐变大。     

周期结构空腹梁的动态特性研究

设计了一种内部周期性挖空的梁,它在中高频具有良好的带通和带阻特性,带阻频率范围内的弹性波不能传播。空腹梁由周期单元串联而成,把周期单元分解成薄梁和刚性联接杆等子结构,推导了Timoshenko梁纵向、弯曲振动导纳,给出了刚性联接杆振动导纳,利用传递矩阵法计算得到了周期结构空腹梁的力传递率和带隙位置。数值模拟计算表明,当激励频率在周期结构的阻带之内时,周期结构空腹梁上的位移响应和传递到基础的力响应将大大衰减。     

具有压电分流电路的声子晶体杆振动带隙研究

压电分流电路的电磁振荡可以使声子晶体杆产生局域共振带隙.分析了杆局域共振带隙的形成机理,运用传递矩阵法计算了杆的带隙结构,并对分流电路中电感、电容和电阻对局域共振带隙的影响进行了研究.压电分流电路的电磁振荡可以使压电片的等效弹性模量变为负值,从而使贴有压电片粱的弹性模量减小,当弹性模量实部等于零时,振动无法在杆中传播,形成局域共振带隙.通过改变分流电路中电感和电容参数可以方便的调节局域共振带隙的位置,为声子晶体带隙的主动控制提供一种新的方法.     

考虑翘曲的周期铁摩辛柯梁的弯扭耦合振动带隙

将声子晶体的周期结构思想引入到梁的结构设计中,研究了包含翘曲变形的二组元周期结构铁摩辛柯梁的弯扭耦合振动。基于梁的弯扭耦合振动方程,利用传递矩阵理论,得到包含翘曲变形的二组元无限周期结构铁摩辛柯梁的能带结构。利用有限元方法仿真了有限周期结构的振动传输特性,振动传输特性曲线中的衰减频率范围与能带结构较好吻合。与忽略翘曲变形情况下得到的该梁的能带结构进行对比,结果表明,如果忽略翘曲变形,可能得到毫无意义的结果。     

金属/丁腈橡胶杆状结构声子晶体振动带隙研究

采用平面波方法计算了金属 /丁腈橡胶一维杆状结构声子晶体振动带隙 ,讨论了晶格尺寸、材料组分比、金属密度对声子晶体振动带隙的影响。采用有限元方法计算了材料阻尼特性对振动带隙的影响 ,计算表明 :丁腈橡胶阻尼特性不影响振动带隙的起始频率。金属 /丁腈橡胶杆状结构声子晶体的振动实验验证了文中的主要结论     

散射体的取向对二维声子晶体带隙的影响

声子晶体是一种具有声波带隙特性的新型功能材料。运用平面波展开法研究了二维声子晶体的带结构,二维声子晶体由横截面为正方形的散射体按正方形排列植入环氧树脂基体中形成。结果表明:通过改变散射体的取向可以调节系统的带隙,当填充率较低时,带隙宽度随散射体旋转角的增加先减小再增加,而填充率较高时,带隙宽度随散射体旋转角的增加而先稍有增加然后再减小。     

声子晶体弹性波带隙理论计算及实验研究

声子晶体是一种具有弹性波带隙的新型结构功能材料。本文在详细介绍声子晶体弹性波带隙计算方法——平面波展开法的基础上,采用该方法计算了一维金属／丁腈橡胶杆状结构声子晶体及二维空气中正方形排列的钢管阵列声子晶体的弹性波带隙并进行了实验验证。实验结果同理论计算结果吻合较好。     

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。     

A new approach of vibration isolation analysis of periodic composite structure based on phononic crystal

It is well-known that phononic crystal has a good effect of vibration isolation within some frequency range. The transmission performances of elastic waves propagating in three-dimension composite structure, based on phononic crystal, embedded periodically with spherical scatterers with different mass density and Lame coefficients are analyzed by the transfer matrix method in this paper. The transfer matrix of monolayer structure and the entire structure are deduced by the wave equations considering boundary conditions of displacement and stress continuity between layers, the reflectivity and transmissivity of vibration isolation of the structure are obtained by calculating its effective impedance, and some useful conclusions are drawn after numerical simulation is carried out.     

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。     

单元结构尺寸对不锈钢/空气二维声子晶体声波禁带的影响

使用平面波展开法,讨论了单元结构尺寸对正方形排列的不锈钢／空气二雏声子晶体声波禁带的影响。结果表明,当填充率(晶格常数)增大时,最低禁带宽度增大(减小);最低禁带中心频率基本不受散射体半径的影响,但随晶格常数的增大而降低。     

基于梳状扇形孔周期性结构的纵-扭复合模态超声振动系统

纵-扭超声振动系统可以提高加工效率与精度、增加表面强度,因而日益受到青睐,但是现有的纵-扭振动系统存在扭转分量较小,转化效率低等问题,基于此,论文对基于周期性结构的复合模态超声振动系统进行了研究,通过有限元仿真对复合模态周期性结构换能器的振动模态、谐振频率等特性进行分析验证。研究结果表明,两维梳状扇形孔周期和斜槽结构,可以增大纵、扭振振幅,位移旋度和剪切应力以及法向应力等,从而提高纵-扭转化能力。