带陀螺型声子晶体的高速列车型材结构低频隔声性能探究#br#

针对高速列车地板型材结构低频段振动噪声问题,基于局域共振机理,设计一种新型的陀螺声子晶体结构。首先基于有限元方法,建立陀螺型声子晶体单元模型,计算得到单胞的能带结构,结合其振动模态,分析108 Hz～153 Hz弯曲波带隙和129 Hz～153 Hz完全带隙的形成机理,并探究结构参数对带隙特性的影响。然后建立周期排布的陀螺型声子晶体型材板件模型,计算在垂向单位均布力激励下陀螺型声子晶体型材板的振动传递损失,最后结合参考铝型材结构,探究陀螺型声子晶体结构对于隔声效果的影响。研究表明：增大元胞边长和基体板厚,带隙特性有向低频段、窄带隙的发展趋势;增加头环高度,隙特性有低频拓宽的趋势;而增加弹性连接件高度,对带隙特性无明显影响。在弯曲波带隙范围108 Hz～153 Hz内,有限声子晶体板结构的振动传递损失相比通带范围较明显的提高,且在110 Hz以下频段对于参考铝型材隔声效果有一定的改善。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

多组声子晶体复合结构的隔声性能

运用波动分析法,导出了平面波垂直入射时声子晶体禁带特性的计算方法。探讨了构建声子晶体复合结构用于隔断和屏蔽人体敏感噪声谱的可行性。分析计算了由多层铅/软橡胶声子晶体与多层钢/丁腈橡胶构成的声子晶体复合结构的隔声性能。结果表明,通过参数的合理调制和搭配,这种声子晶体复合结构能够降低起始频率和提高禁带宽度,达到人们所要求的隔声目标和良好的隔声效果。     

声子晶体夹层板结构的隔声性能研究

格栅夹层板材料由于其拥有耐冲击性能良好、比强度大和比刚度高等优点,已在实际工程中得到了广泛的应用.虽然格栅夹层板结构在高频段具有优良的隔声性能,但在中低频段受质量定律的限制,使得其隔声性能并不理想.声子晶体作为一种周期性的结构,因其特殊的带隙特性,使特定频率的弹性波无法在结构中传播,因而具有优良的抑制噪声传播的性能;将...     

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。     

结构参数对三组元声子晶体隔声性能影响研究

声子晶体在低频段存在振动带隙特性。该特性使声子晶体在减振降噪方面具有广阔的应用前景。本文研究的对象是三组元声子晶体。通过改变填充率、拓扑结构、层数等,分析结构参数对声子晶体隔声性能的影响。研究结果表明:在一定范围内,填充率越高,声子晶体的隔声性能越好。声子晶体的层数越多,声子晶体的隔声性能越好。在低频段,声子晶体的拓扑结构对声子晶体的隔声性能没有明显影响。     

新型多共振腔声子晶体声屏障的带隙机理及其隔声性能研究

为控制道路噪声水平,设计了一种新型多共振腔的声子晶体声屏障。该设计先采用理论和仿真计算分析多腔声子晶体的能带结构,研究不同共振腔数量和晶胞形状对声子晶体禁带特性的影响情况,发现随着共振腔个数的增加,带隙的数量和宽度也在增加;针对同种多腔散射体模型还对不同晶格排列方式进行能带特性分析,阐明不同排列方式对带隙范围的影响。为进一步验证带隙的准确性,利用有限元法和边界元法分别仿真计算六共振腔声子晶体声屏障的传递损失,得到的传递损失曲线与其带隙特性能较好的匹配上。最后利用室外试验分别验证其在三角晶格和正方形晶格排列下的隔声效果。试验证明了该新型多共振腔声子晶体声屏障在带隙范围内具有良好的降噪性能。     

低频减振一维声子晶体

以开发小周期尺寸低频率带隙声子晶体为目标,首先给出了固定周期尺寸下带隙起始频率最低对应的材料比计算方法,又验证了等效密度及等效弹性模量在声子晶体带隙计算中的正确性。据此开发了周期尺寸为0.04m,带隙范围为200Hz～1200Hz的声子晶体,并对计算结果进行了实验验证。     

高速列车复合板隔声性能的试验研究

基于室内隔声测试标准,通过试验方法,研究了多种高速列车复合板材的隔声性能。研究的板材包括:两块铝板板间夹不同厚度空气的复合板;板间夹不同密度的泡沫铝吸声材料的复合板;板间夹不同厚度的隔声垫的复合板。对以上复合板的综合研究明确了铝板夹层填充材料和厚度对隔声效果的作用。结果表明:含空气层复合铝板存在明显吻合谷,但其高频隔声性能好;泡沫铝吸声材料可有效抑制吻合谷,小的孔隙率(即增加密度)有利于提高隔声性能;隔音垫有助于提高复合板的隔声量,但是其厚度的选择要与关注的频率区段相匹配。研究结果系统地反映了复合板的影响因素,可为我国高速列车复合板隔声性能的优化提供参考依据。     

车辆型材结构的隔声性能优化研究

高速列车现在已经成为人们出行时相当重要的一种交通方式,但是随着列车速度的不断提升,控制车厢内噪声也变得越来越困难。车厢内的噪声不但会影响乘客乘坐的舒适度,严重情况下还会伤害乘客的健康。构成车厢的主要型材结构为双层且带有加筋夹层的铝合金板,对该结构的隔声性能进行优化,以求达到提高车厢整体的隔声性能,降低车厢内噪声的目的。根据典型车体型材结构建立三维几何模型,通过声学有限元方法分析其隔声量。以型材的隔声量作为评价其隔声性能的主要参数,基于列车噪声的特点将声辐射的频率范围限定为100 Hz～2 500 Hz,并且重点关注100 Hz～1 000 Hz频率范围内的隔声量。分析型材结构的尺寸,包括面板厚度、面板间距离、加筋粗细、加筋与面板间角度等对结构隔声量的影响。研究结果发现仅依靠改变尺寸结构对型材隔声量的优化是十分有限的,并且会极大影响结构的面密度或刚度,因此基于优化的型材结构,对蜂窝-型材结构进行声学有限元分析,结果显示优化后的蜂窝-型材结构具有更优异的隔声性能。研究成果可以为实际应用中对于车体型材结构的设计或隔声性能优化提供参考。     

二维声子晶体薄板隔声特性研究

以磁流变弹性体为基体,铝圆柱体为散射体,构造二维平面声子晶体薄板。利用声子晶体能带理论,研究薄板隔声特性。结合平面波展开法,计算声子晶体能带结构,用有限元的模拟结果加以验证。然后进一步讨论基体弹性模量,散射体形状对声子晶体能带的影响。研究表明,带隙的起止频率和带隙宽度都与散射体形状密切相关。随着散射体边数的增加,带隙起止频率和宽度均趋于平稳,当边数无限大时,其值(起止频率和宽度)与圆柱形散射体相同。随着基体弹性模量变小,带隙起止频率和宽度都减小,整个带隙往低频方向移动。声子晶体中带隙的产生是比较复杂的,它往往是在多种机理共同作用下产生的。该研究能为隔声材料的研究提供一些新的思路,在智能化隔振方面有着广阔的应用前景。     

隔声室低频隔声性能的提高

轻质结构隔声室的低频隔声效果较差.本文在分析壁板低频隔声特性的基础上,通过两实例的比较,指出低频隔声遵从劲度定律以及提高壁板劲度的有效方法.同时,对影响隔声室低频隔声性能的其它因素作了一些讨论.     

椭圆柱三维简立方排列声子晶体的带隙结构

用平面波法研究了椭圆钢柱与环氧树脂组成的三维简立方晶格声子晶体的带隙结构.一般情况下,椭圆柱体的横截面形状对称性越高,带隙宽度极值和中心频率越大;带隙宽度随椭圆柱体绕其中心轴旋转角度的增大而增大,但带隙中心频率随旋转角度的增大而减小;无论柱体是否旋转,通过改变柱体横截面半径都比改变柱体高度更易获得宽带隙.     

高速列车夹芯地板结构隔声特性研究

采用传递矩阵法,建立高速列车内地板的声学特性分析模型,探索不同三明治夹芯板材料和结构对高速列车内地板隔声特性的影响,并根据内地板结构的传递损失评价具有不同参数的三明治夹芯板的隔声性能。通过不同的表层材质（木材、铝材、钢材）、厚度和蜂窝夹层密度,进行了内地板隔声量变化规律的分析和比较。探寻拟定隔声性能优越的三明治夹芯板材料类型和结构型式。结果表明,（1）表层夹板厚度一定,钢材作为表层材料,内地板隔声量最好,其次是铝材,最后是木材;（2）表层厚度影响,木材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～1.5 dB。铝材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～3 dB。钢材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～5 dB;（3）蜂窝板密度降低一半,内地板隔声量有增加趋势,但影响较小。     

高速列车车体轻量化层状复合结构隔声设计

随着高速列车车体结构轻量化的发展,层状复合结构车体在高速列车上得到广泛应用,提高层状复合结构的隔声性能,是高速列车减振降噪的关键技术。基于传递矩阵法,建立"铝板+多孔材料层+空气层+碳纤维增强板"的典型高速列车层状复合结构车体隔声计算分析模型,并分析多孔材料和空气层对层状复合结构车体隔声性能的影响。结果显示,混响声场激励下,在铝板和碳纤维增强版之间仅增加空气层只能提高车体结构高频隔声量,低频部分会由于"板-空气-板"的系统耦合共振,形成显著吻合谷,导致其隔声性能在吻合谷频率处大幅下降。对此,利用多孔材料吸声原理,提出在空气层中增加吸声材料层,抑制隔声吻合低谷,通过优化设计,得出"铝板+空气层+吸声材料+空气层+碳纤维增强板"的优化结构形式,在实现车体轻量化目标同时,可有效提高其隔声性能。     

椭圆柱三角晶格固态声子晶体的带隙结构

用平面波法研究了椭圆钢柱与环氧树脂组成的二维三角晶格声子晶体的带隙结构.结果表明,带隙的宽度和中心频率随填充率F或椭圆柱体横截面两半径之比T的变化表现出明显的变化规律;椭圆柱体横截面的对称性越高,带隙越宽;当F很小时,F对带隙中心频率的影响与T关系不大;椭圆柱体绕其中心轴旋转时,带隙的宽度呈现出与中心频率相反的变化规律,而且最小的带隙宽度及最高的中心频率均在柱体旋转60°左右出现.     

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。     

一维杆状结构声子晶体扭转振动带隙研究

从椭圆杆的扭转振动方程出发，利用平面波展开法，给出了无限周期结构的一维声子晶体杆的扭转振动能带结构。发现一维声子晶体具有扭转振动带隙，并且分析了椭圆形状对带隙频率的影响。利用有限元方法计算了有限周期结构的椭圆杆的扭转振动频率响应，在带隙频率范围内频率响应具有明显的衰减。扭转振动是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一，周期结构杆中存在扭转振动带隙为减振理论与应用提供了一种新的思路。