一维声子晶体的振动特性与实验研究

研究了铝/橡胶一维声子晶体的机械滤波特性.采用有限元和传递矩阵法导出了弹性波在一维声子晶体中传播的理论模型.对声子晶体的振动传输与隔振特性进行了实验研究.研究结果表明：铝/橡胶一维声子晶体存在振动带隙,改变单元的几何尺寸和材料特性,能将带隙频率范围扩大并延伸至低频;实验验证了理论模型的预测,为铝/橡胶声子晶体在发动机隔振控制上的应用提供了依据.     

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。     

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。     

平板声子晶体的全反射隧穿效应及其滤波特性

为了研究一维平板声子晶体中弹性波的全反射隧穿效应,利用传输矩阵法计算了弹性波在大于全反射角入射一维平板方形声子晶体的透射率。在透射波中发现了全反射隧穿效应,并且全反射隧穿峰具有优良的多通道滤波特性。得出了一维平板声子晶体的全反射隧穿的滤波特性随模式量子数、平板厚度以及周期数的变化规律,为设计性能优良的多通道声子晶体滤波器提供了理论依据。     

一维声子晶体振动特性与仿真

研究了一维细长杆声子晶体振动特性。利用平面波展开法，计算一维无限周期结构声子晶体的带隙结构，发现每一带隙的宽度与材料的组份比有关。对于有限结构的一维声子晶体，利用MSC／NASTRAN进行防真，仿真结果与实验吻合较好。并通过仿真不同直径的声子晶体研究了横波对带隙的影响。     

固-液结构平板掺杂声子晶体中弹性波的缺陷模

利用一维固-液结构平板掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件推导出弹性波在一维固-液结构平板掺杂声子晶体中各个模式满足的关系式,并利用关系式研究了各个模式弹性波的特性。利用转移矩阵计算出弹性波各个模式的缺陷模随模式量子数以及平板厚度的变化特征,得出了一些一维固-液结构平板掺杂声子晶体缺陷模的新特征。     

长度调制的声子晶体梁弯曲振动带隙特性分析

提出一种长度可调制的双周期声子晶体梁结构,研究弯曲波的带隙特性。在无限周期条件下采用传递矩阵法计算准周期声子晶体梁弯曲振动中的弹性波能带结构,并与简单二组元声子晶体梁结构的能带进行对比,然后进一步分析调制参数对带隙的调节机制,结果表明准周期声子晶体梁结构较简单二元声子晶体梁能够产生更大带宽、更多频段的带隙。在有限周期条件下采用有限元法计算准周期声子晶体梁的振动传递特性,证明理论计算的正确性。所提出的准周期声子晶体梁结构可在使用较少材料的基础上大幅度拓宽带隙并具有更强的带隙调控力,为梁类工程结构的减振提供更多选择,并可为新型滤波器、隔振平台的设计提供新思路。     

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     

固-流结构矩形声子晶体中弹性波的传输特性

利用一维固-流结构矩形声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在其中各个模式满足的关系式,利用它研究了弹性波各模式的特性。并利用色散法研究了弹性波的传输特性随模式量子数和矩形边长的变化规律。得出了一些不同于一维非受限声子晶体的新特征,即一维矩形声子晶体的禁带由模式量子数确定,禁带频率中心和频率宽度与模式量子数和边长有关。     

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。     

二维复合结构声子晶体的振动特性与实验研究

声子晶体可以获得低频带隙,抑制特定频率振动的传播。建立二维复合结构声子晶体的有限元模型,分析其传输特性,以得到各组元参数对带隙的起止频率及带宽的影响。分析声子晶体的各种材料参数、结构参数、周期数、排列方式等对带隙的影响。利用铝板、硅胶、钢片材料制作复合结构声子晶体样件,进行传输特性实验,得到的频率响应曲线与有限元仿真结果吻合很好。进而为声子晶体在中低频减振中的具体应用提供依据。     

声子晶体与汽车振动噪声控制

声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性结构功能材料,振动频率在声子晶体带隙范围内的振动会被抑制或禁止传播,它所具有的这种弹性波带隙特性为减振技术的发展提供了一种新的可能.在介绍声子晶体的基本理论及特征的基础上,阐述了声子晶体在振动与噪声控制领域的研究现状及声子晶体在汽车减振降噪方面的应用.     

经典边界条件黏弹性Pasternak地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性分析

自振特性在结构的动力分析中具有重要的意义。将回传射线矩阵法(MRRM)推广到地基梁自振特性的研究中,通过节点力平衡和位移协调方程及对偶局部坐标系下单元相位关系,建立两端简支、两端自由、两端固支、简支-自由、简支-固支及固支-自由这六种边界条件下黏弹性Pasternak地基上的Bernoulli-Euler梁的回传射线矩阵,进而得到其频率方程。根据单一局部坐标系下的边界条件,推导出模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件求解模态函数表达式中的未知参数。通过具体算例验证了回传射线矩阵法求解的正确性,并对不同边界条件下的自振频率、衰减系数及模态函数进行了分析。为黏弹性地基梁的振动特性研究提供理论基础。     

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。     

A local RBF collocation method for band structure computations of 2D solid/fluid and fluid/solid phononic crystals

In this paper, an efficient local radial basis function collocation method (LRBFCM) is presented for computing the band structures of the two‐dimensional (2D) solid/fluid and fluid/solid phononic crystals. Both systems of solid scatterers embedded in a fluid matrix (solid/fluid phononic crystals) and fluid scatterers embedded in a solid matrix (fluid/solid phononic crystals) are investigated. The solid–fluid interactions are taken into account by properly formulating and treating the continuity/equilibrium conditions on the solid–fluid interfaces, which require an accurate computation of the normal derivatives of the displacements and the pressure on the fluid–solid interfaces and the unit‐cell boundaries. The developed LRBFCM for the mixed wave propagation problems in 2D solid/fluid and fluid/solid phononic crystals is validated by the corresponding results obtained by the finite element method (FEM). To the best knowledge of the authors, the present LRBFCM has yet not been applied to the band structure computations of 2D solid/fluid and fluid/solid phononic crystals. For different lattice forms, scatterers' shapes, acoustic impedance ratios, and material combinations (solid scatterers in fluid matrix or fluid scatterers in solid matrix), numerical results are presented and discussed to reveal the efficiency and the accuracy of the developed LRBFCM for calculating the band structures of 2D solid/fluid and fluid/solid phononic crystals. A comparison of the present numerical results with that of the FEM shows that the present LRBFCM is much more efficient than the FEM for the band structure computations of the considered 2D solid/fluid and fluid/solid phononic crystals. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

四方折叠梁声子晶体低频带隙特性研究

提出了一种二维四方折叠梁声子晶体结构，通过有限元仿真分析了该结构的低频带隙特型和几何参数影响因素，提出了多重共振耦合机理。结果表明：二维四方折叠梁局域共振型声子晶体的几何尺寸，即四方折叠梁的宽度，其增大可以导致带隙变窄，甚至消失。折叠梁、基体材料和谐振子连接处的几何尺寸和对于带隙的影响具有一致性，其尺寸的增加只是使第一带隙向低频移动。的大原胞的不同排列组合可以打开或者关闭低频带隙。本文设计思想丰富了声子晶体低频带隙相关理论，可为其相关结构设计提供理论指导。     

声子晶体与轮边驱动电动汽车振动噪声控制

声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性非均匀新型复合材料,带隙频率范围内的弹性波传播被抑制或被禁止。在介绍声子晶体概念、基本特征及带隙理论的基础上,阐述了声子晶体在振动与噪声控制领域的研究现状;对轮边驱动电动汽车振动噪声的产生机理、频域特性、声品质、现有车用减振降噪材料技术进行分析,得出现有车用减振降噪材料与轮边驱动电动汽车振动噪声的矛盾;最后结合声子晶体各种特性和该矛盾,对声子晶体在电动汽车减振降噪方面的应用研究和挑战做了分析。     

基于非局部弹性理论的充液双壁碳纳米管振动特性分析

基于非局部弹性理论和Flügge壳理论,建立了充液双壁碳纳米管振动方程,计算了简支边界条件下碳纳米管的振动固有频率。用数值计算方法,分析了波数、几何参数和材料参数对振动频率的影响,并对比了局部和非局部弹性理论对结果的影响。结果表明,随着碳纳米管长度和半径的增大,振动频率逐渐减小;且随着小尺度参数的增大,频率也呈下降趋势。