声学超材料板的弯曲波带隙与减振降噪特性

利用周期结构的波传播理论和有限元法相结合的方法计算了含双层柱状局域共振结构的声学超材料板的能带结构图,分析了晶格常数的变化对超材料板的带隙特性的影响。研究发现:晶格常数的变化会影响基板和柱体的振动耦合作用,对超材料板的带隙特性产生显著影响。通过对比不同算例,分别得到了限定或不限定局域共振结构附加质量比条件下,晶格常数对带隙的调控规律,研究表明选择适中的晶格常数,可以增大带隙的归一化宽度。此外还进一步仿真计算了超材料板在力激励下的振动与声辐射特性,结果表明在带隙频率范围内,超材料板具有良好的低频宽带减振降噪效果。论文研究为基于带隙理论的板类结构的低频宽带减振降噪设计提供了有益参考。     

双层超材料板的弯曲波超低频带隙特性研究

针对局域共振型双层超材料板,利用有限元法研究了几何参数与材料组分参数对弯曲波带隙的影响。通过优化计算得到较合理的参数,进而设计了附加钢质量块的ABSPMMA材料双层板,结果表明其在亚波长尺寸可以打开超低频54-65 Hz弯曲波带隙。将该超材料板建立等效弹簧质量系统,求解等效动态质量的负密度频率段与弯曲波带隙宽度很好地一致,并进一步阐述带隙产生机理。考虑板的隔声性能,分析了不同声波入射角对传声损失的影响,在带隙频率范围内的57 Hz点传声损失(STL)幅值均能取得最大值,这表明超低频带隙能够起到良好减振降噪效果,由此显示这种新型双层超材料板在工程领域具有广泛的应用。     

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...     

周期加筋板中的弯曲波传播

本文采用波动分析法分析了周期加筋板中的弯曲波传播，推导了周期加筋板的波传播方程，分析了振动频率和平面弯曲波入射角对传播常数的影响。研究表明：平面弯工波以某一角度入射周期加筋板时，随着频率的变化，会交错的出现弯曲波传递的穿透频段和阻塞频段；周期加筋板没有明显的穿透频段。本文的研究为周期加筋板应用于结构声传递途径的控制提供了理论基础。     

光子带隙超材料研究进展

光子带隙超材料是一种可用于控制和操纵光传导的极具吸引力的人造材料,通常是由周期性电介质、金属、超导体等组合而成的微结构或纳米结构。光子带隙可理解为在晶体中传播的光在高、低介电常数区域的界面处发生多次反射而干涉相消,类似于固体物理中的电子带隙。针对近年来光子带隙超材料研究领域的几个热门方向——光子晶体光纤、光学拓扑态、Dirac点零折射率和带隙调制发光,从凝聚态物理学理论出发,通过与电子带隙和Dirac方程理论的比较和拓展,详细介绍了介质基光子晶体、光拓扑绝缘体、Dirac点多重简并、金属和发光材料与光子晶体构成的复合光子带隙超材料的研究进展和应用现状。光子带隙超材料灵活可调控的光学特性不但可以用于设计更高品质的传统光学器件,还可以获得自然界中不存在的奇特属性。我们相信随着现代科技的发展进步,多学科和多方向的交叉融合能够进一步拓宽光子超材料的设计思路,推进理论向实用转化。     

韧带结构对手性超材料弹性波传播带隙的影响

针对手性周期结构超材料,重点研究材料内部微结构韧带的动态特性对手性超材料中弹性波传播带隙的影响。建立了考虑韧带与节点环之间弹性联接的韧带固有频率的计算模型,在此基础上,探索弹性波在手性周期结构超材料中传播带隙的形成机理及其与韧带性能参数和尺寸之间的关联。结果表明,手性结构中弹性支承韧带的频率比其简化为两端固支的要低,韧带越短,对弹性支承特性越敏感;超材料中少数韧带振动的局部化导致的能量耗散是抑制弹性波传播的根源,通过改变韧带的联接弹性和质量分布可以实现对超材料中弹性波传播特性的主动调控。     

轴向载荷周期结构梁的弯曲振动带隙特性

各种载荷广泛存在于结构振动中,影响结构的振动特性。利用传递矩阵法,建立了轴向载荷周期结构梁弯曲振动特性理论模型,能够计算轴向载荷周期结构梁弯曲振动的能带结构和传输特性。研究表明,轴向载荷周期结构梁弯曲振动存在带隙,并分析了轴向载荷对带隙频率范围和衰减的影响。通过调节载荷条件,可以实现了超低频带隙特性。通过调节轴向载荷的大小和方向可以提高带隙的适应性。     

新型光学/声学带隙材料研究进展

光子晶体/声子晶体研究是材料、物理、光学、化学等学科的一个全新领域和研究热点.概述了光子晶体/声子晶体的特性及应用,比较、综述了光子晶体/声子晶体的研究进展及面临的主要问题,评述和展望了光子晶体/声子晶体的发展趋势和应用前景.     

双周期声子晶体梁弯曲振动带隙特性分析

提出一种双周期五组元声子晶体梁结构,用以研究弯曲波的带隙特性。在无限结构条件下,将其等效为铁木辛柯梁,利用传递矩阵法推导、计算其能带结构,并与简单二组元声子晶体梁结构的带隙进行对比分析,结果表明内部周期的存在主要影响带隙的宽度。在有限结构条件下,利用有限元法研究双周期五组元声子晶体梁的振动传递特性,证明理论推导的正确性,并得到双周期五组元声子晶体梁的弯曲波衰减特性。结果表明,双周期五组元声子晶体梁可以看作是一种滤波器,弯曲波沿波传播方向在禁带中逐渐衰减,而在通带中传播不衰减。最后讨论参数对带隙的影响,研究发现内部周期的存在能够解决低频与宽频相悖的问题,通过改变内部周期数,能够成功产生低频、宽频带隙,可为低频减振降噪设计提供新的思路。     

一维功能梯度材料声子晶体弹性波带隙研究

应用平面波展开法研究了由功能梯度材料周期复合而成的一维声子晶体中存在的弹性波带隙特征,并得到第一阶带隙归一化起始频率、截止频率和宽度随功能梯度材料表面材料常数、指数因子和组分比变化的关系图。并对功能梯度材料声子晶体与常规材料声子晶体帯隙特征进行了比较,结果表明,功能梯度材料声子晶体较常规材料声子晶体在相同范围内能够出现更多阶带隙结构。这些结果为功能梯度材料声子晶体在工程实际中的广泛应用提供了理论依据和指导。     

多重声学超材料转子动力学及带隙特性

为探究利用多重声学超材料抑制转子系统振动的机理,理论研究多重超材料转子结构的动力学行为及带隙特性。建立多重超材料转子的振动微分方程;分别采用假设振型法和有限元法对模型进行离散和验证;基于无限超材料假设,推导出多重超材料转子带隙的表达式;利用谐波平衡法和特征值理论对振动方程进行求解,获得多重超材料转子稳态与瞬态动力学行为及带隙特性,并分析超材料参数对转子动力学行为及带隙特性的影响。结果表明,多重超材料转子结构形成以局域共振单元固有频率为近似中心频率的多个单独的、具有移频特性的带隙;超材料的阻尼降低结构共振区的幅值,并将单独的带隙连接到一起,扩大带隙范围。多重声学超材料可以实现转子系统稳态与瞬态振动抑制。     

光子晶体--一种新型人工带隙材料

光子晶体是近十年来才发展起来的存在光子禁带的一种新型人工材料,具有操控光子行为的独特能力,在众多领域有着广泛的用途.介绍了光子晶体的结构特征,分析了光子带隙产生的物理机理,着重介绍了光子晶体材料中存在的新现象及其应用.     

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。     

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

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。     

含双自由度周期振子的平行并联梁弯曲振动带隙特性

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。     

缩短多阶响应周期的供应链新型计划模式

随着顾客需求多样性与市场竞争不确定性的日益加剧,缩短供应链多阶响应周期的计划模式已逐渐成为供应链计划模式研究中的重要领域。本文在对新经济环境中现有供应链计划模式的不足进行了分析的基础之上,提出了三种以缩短多阶响应周期为考虑要点的整体化的新型计划模式,并结合综合模式提出了一套基于响应周期的“链一阶一点一阶一链”的层级往复式计划编制方法,最后分析了该供应链计划实施过程中的运作要点。     

周期结构带隙的能效观点

在几何构型或材料特性方面具有空间重复特性的一类结构,称为周期结构,如桁架、加强筋板等。在一定频率范围内,周期结构能够阻断弹性行波在其中传递,该特性可应用于隔振器开发。现有周期结构隔振分析大多基于无限长假设,即假设周期结构在几何空间中可无限延伸,因此只有行波解具有物理意义,非行波模式则被忽略。然而,工程中隔振系统都是有限长的,因此非行波解的确存在,故其能量传输特性具有研究价值。周期桁架有限元数值仿真结果表明,周期结构行波解的功率因数始终等于1,说明频散曲线与能量传输效率有关。据此引入效率指标函数,通过其响应表面局部极大值、极小值的连线,将频率-波数空间划分为能量传输高效区和低效区。该划分方式能统一处理行波解和非行波解的情况,拓展原有带隙分析适用范围,为有限周期结构能量传输效率分析提供新途径,对于隔振器开发设计具有重要参考价值。     

散射体固液形态下超材料带隙特性分析

弹性超材料可以实现减振降噪、波导、隐身等弹性波操控功能,具有广阔的工程应用前景。本文引入固液相变材料作为散射体对比研究了散射体固液两种形态下的带隙特性和隔振性能,利用数值方法计算单胞的能带结构和动态有效质量,研究了影响超材料带隙特性的因素,并通过试验验证了两种形态超材料的隔振性能。结果表明：液态散射体超材料可产生局域共振带隙实现低频段隔振,固态散射体超材料可产生 Bragg 带隙实现宽频段隔振;同时,改变外界条件对两种设计形态的带隙均起到很好的调控作用。由此,超材料散射体两种设计状态的转变实现了带隙类型的转变和隔振频段的调节,可为适应热环境下的相变散射体超材料构型设计和隔振特性调控提供参考依据。     

具有减振功能的混凝土超材料的带隙特性

为了拓宽混凝土超材料的弹性波带隙宽度和数量,本文基于局域共振理论设计了一种新型二维三组元水泥基拟声子晶体。首先,采用有限元方法计算和研究了该新型二维三组元水泥基拟声子晶体的能带结构、振动模态、位移场和衰减特性。其次,分析了带隙形成机制和影响因素,并根据质量-弹簧系统模型推导了带隙范围的理论估计式。最后,将该水泥基拟声子晶体应用到地铁道床上,分析了水泥基拟声子晶体地铁道床的减振性能。结果表明：该新型二维三组元水泥基拟声子晶体在200 Hz频段内打开了5条低频带隙,在带隙频率范围内,衰减值大多都在10 dB以上,衰减效果较好;带隙的打开与各原胞的振动特征呈现出对应关系,因特定原胞的平移振动触发,由特定原胞与基体的耦合作用的强度所控制;散射体材料的密度、包裹层材料的弹性模量及厚度是影响其带隙的主要因素;由新型二维三组元水泥基拟声子晶体组成的水泥基拟声子晶体地铁道床在1~200 Hz频段内的振动加速度均小于普通混凝土地铁道床,最大插入损失为10.22 dB,插入损失平均值为8.76 dB,具有显著的减振性能。     

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。