细直梁弯曲振动中的局域共振带隙

通过将声子晶体中的局域共振思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种具有低频局域共振带隙的周期结构细直梁。采用传递矩阵法计算了周期边界条件下该细直梁弯曲振动中的弹性波能带结构,计算结果表明该结构中存在低频弯曲振动带隙。采用有限元法计算了有限周期该细直梁的振动传输特性。以有机玻璃、橡胶/铜块振子构成的该局域共振细直梁为例,采用振动试验方法对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论及仿真结果相吻合。结果表明,局域共振结构可大大降低带隙频率,并增大带隙衰减。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,局域共振结构的应用为其提供了一种新的思路。     

结构振动模态耦合对辐射声功率的影响

定量研究了结构振动模态耦合对辐射声功率的影响。首先利用结构振动模态的叠加性,基于辐射声功率的二次型表达式,将总的声功率分解为各个模态自身辐射的声功率和模态间的耦合对声功率的贡献两部分;然后引入声辐射模态,得到一般结构模态间的耦合对声功率贡献的通用数学表达式。研究结果表明:在中低频范围内,振动模态间的耦合对辐射声功率的影响由振动模态的幅度大小、振动模态间的相位差以及振动模态与低阶辐射模态向量的内积等因素决定;以矩形平板为例进行了分析,并讨论了模态耦合问题在结构声辐射有源控制中的应用,最后进行了计算机仿真实例分析和验证。     

螺旋局域共振单元声子晶体板结构的低频振动带隙特性研究

低频振动和噪声的控制问题是当今环境面临的重要挑战。基于声子晶体的局域共振机理,设计一种新型的螺旋局域共振单元声子晶体板结构,并结合数值计算和试验测试对结构的低频振动带隙特性进行分析和验证。分析发现,共振带隙的产生是由螺旋共振单元的局域共振模态与板中传播的弹性波相互耦合作用造成的,而且带隙宽度与耦合强度直接相关。通过改变结构的材料和尺寸参数可以将共振带隙调节到满足实际应用要求的低频范围。数值计算结果与试验测试结果基本一致,同时证实所设计的结构在250 Hz以下的低频范围具有较宽的振动带隙,最低带隙频率低至42 Hz。这种结构设计及其研究结果为声子晶体研究提供了获得低频振动带隙的理论依据和有效方法,在低频减振降噪方面具有潜在的应用前景。     

热载荷下板模态间耦合对声功率的影响分析

板结构辐射声功率的传统理论模型通常采用数值积分法计算,许多模型不考虑模态间的耦合作用以缩短计算时间。研究模态间耦合对声功率的影响能为精确地预测和控制板结构声辐射特性提供重要的参考。为了高效地计算模态间的耦合项,基于模态辐射效率的幂级数形式解析解模型,提出并建立了矩阵形式解析解模型。数值算例验证了该模型的正确性。研究了板结构在均匀热环境下的声振特性,分析了定点激励和随机位置激励下结构振动模态间的耦合对声功率的影响在不同温度环境中的变化。计算结果表明,结构内温变产生的热应力导致结构等效刚度降低,各阶固有频率变小,声功率曲线各峰值向低频漂移;在计算声功率时必须考虑板模态间的耦合作用,尤其在中低频时,尽管结构某些工况下耦合项对声功率的影响很小,但是当环境温度或外激励作用的位置发生改变后耦合项的影响会变大。     

基于多自由度控制的线谱振动传递路径控制方法研究

动力设备线谱振动经基座传递至船体结构,引起的低频声辐射是船舶水下噪声的主要来源之一。针对单向集中力控制通常难以抑制动力设备振动向弹性基础传递且辐射噪声衰减效果有限的问题,提出基于路径控制体多自由度振动控制的振动传递路径控制方法,切断路径功率流传递。根据广义变分原理建立动力设备-可控隔振单元-壳体系统的耦合动力学模型,通过振动功率流分析揭示振动能量多自由度传递机理,明确基于多自由度控制的路径可控性。在此基础上,构建局部多通道耦合控制与全局分散控制相结合的控制策略,通过数值计算与实验验证基于多自由度控制的振动传递路径控制效果。结果显示,相比于单向集中力控制,基于多自由度控制的方法可有效阻止功率流传递,实现更加显著的壳体振动衰减。     

水下弹性圆柱壳结构声辐射有源控制研究

研究了利用次级环带声源对水下有限长弹性圆柱壳结构振动声辐射进行有源控制。给出了初级圆柱和次级环带声源之间的互辐射阻抗计算公式,考虑流固耦合效应,利用二次最优理论,以辐射声功率最小化为目标函数,得到次级环带声源的最优激励力,最后计算控制前后远场辐射声压的空间分布。结果表明:利用次级环带声源可以对弹性圆柱壳结构振动辐射噪声进行控制,增大次级环带声源与初级圆柱壳间距,控制效果变差;次级激励力位置对辐射声功率控制效果也会产生影响。     

水下弹性圆柱壳结构声辐射有源控制研究

研究了利用次级环带声源对水下有限长弹性圆柱壳结构振动声辐射进行有源控制。给出了初级圆柱和次级环带声源之间的互辐射阻抗计算公式,考虑流固耦合效应,利用二次最优理论,以辐射声功率最小化为目标函数,得到次级环带声源的最优激励力,最后计算控制前后远场辐射声压的空间分布。结果表明:利用次级环带声源可以对弹性圆柱壳结构振动辐射噪声进行控制,增大次级环带声源与初级圆柱壳间距,控制效果变差;次级激励力位置对辐射声功率控制效果也会产生影响。     

基于并联机构的三维动力吸振器各向同性设计及减振特性研究

针对动力机械设备的多维线谱耦合振动控制问题,提出一种基于并联机构的三维动力吸振器,它具有模块化、附加质量小等优点。构造出采用一组关节坐标刻画的动力学方程,在此基础上推导出该新型动力吸振器的模态解析解,得到动力学各向同性条件,并据此设计出一款可抑制50 Hz线谱振动的动力吸振器。探讨了该动力吸振器在动力机械设备多维线谱耦合振动控制中的有效性及优势。分析结果表明：不同于单向动力吸振器仅能抑制其自由度方向的线谱振动,新型三维动力吸振器在三个垂直方向上对50 Hz附近线谱振动的最大减振效果均高于7 dB。     

不同介质中圆柱壳体的低阶模态声辐射特性研究

基于Flugge壳体理论,利用柱坐标系下Green函数和模态展开法,推导了两端简支有限长圆柱壳的声振耦合方程,求解了圆柱壳的辐射声功率和表面均方振速,对比研究了圆柱壳在不同流体中各周向阶数对径向均方振速和辐射声功率的贡献。结果表明,有限长圆柱壳受简谐径向点力激励,空气中,较大周向阶数的振动模态对声功率产生一定量的贡献;当圆柱壳浸入水中时,低频范围内前几阶周向阶数的振动模态对水下圆柱壳辐射声功率的贡献最大。     

泵源与机体共同激励下液压管路振动特性

车辆液压系统在工作过程中会受到车体振动与泵源液压脉动双重激励的影响,对压力波的传递及管网的振动产生重要影响。针对车辆液压系统泵源激励和车辆机体激励产生的振动进行分析,研究多源激励下管路的振动规律及压力波的传递规律。首先对泵源与机体共同激励下管路振动的计算方法进行了分析,将流体域动力学方程与固体域动力学方程进行组合,建立了流固耦合的总体动力学方程,然后对方程进行离散求解。基于理论推导,采用数值模拟的方法对液压管路的振动进行了分析,研究发现,液压系统在泵源谐波激励下的振动响应表现为宽频域的强迫振动,其谐波频率与泵源流体压力脉动频率保持一致,当泵源产生的压力脉动频率与液压管路的固有频率接近时,会激起管路结构大幅度共振响应。     

基于传递路径改进的车用电池包减振降噪

针对车用电池包内由继电器振动所引发的噪声问题,首先,通过电池包的声振试验并结合频率响应函数和电池包壳体振动频谱特性的分析,找出了电池包的噪声源;其次,基于继电器振动的传递路径改进设计了一款低刚度隔振垫,用于过滤继电器中的低频振动,从而实现电池包的降噪。结果表明：电池包内继电器的振动主要是由刚性连接的螺栓直接传递给继电器附近的电池包壳体,从而引发壳体共振并向外辐射噪声;所设计的隔振垫可很好地过滤继电器中低频的振动且达到了较好的降噪效果;在电池包上盖板打开的状态下,总声压级下降了约6dB;在电池包上盖板密封的状态下,总声压级降低了将近11dB。     

压电能量俘获结构及其升频转换技术的发展现状

压电材料作为一种良好的机电换能元件,具有体积小、成本低、工作性能可靠等优势,但如何设计压电振子高效地俘获环境振动能,仍是本领域的关键技术难题。以定频式、调频式和宽频式三类典型压电振子为代表的结构共振频率匹配设计能部分解决上述难题,但面向环境低频、超低频振动能俘获,上述振子仍面临输出功率低、可靠性差等问题,途径之一是通过机械式升频转换技术将低频激励转换成压电振子的高频振荡,同时突破超低频压电元件功率密度低的限制。几类机械式升频转换技术被区分并简要介绍,重点阐述一种借助非线性系统内共振现象实现的机械升频转换方法。内共振升频技术具有激励加速度阈值低、升频转化能量损失少等优势,进一步拓宽压电振子领域内的机械式升频转换研究。     

电阻电感非线性RLC电路弹簧耦合系统3次超谐共振

研究电阻和电感非线性RLC(resistance-inductance-capacitance)电路弹簧耦合系统的非线性振动,应用拉格朗日-麦克斯韦方程,建立受简谐激励的具有电阻和电感非线性RLC电路弹簧耦合系统的数学模型.根据非线性振动的多尺度法,得到系统满足3次超谐共振条件的一次近似解以及对应的定常解.对其进行数值计算,分析系统不同参数对响应曲线的影响.增大激励电压、极板面积和非线性电阻系数,响应曲线振幅和共振区变大.增大极板间距、线性电感系数和线性电阻系数,响应曲线振幅和共振区变小.系统的固有频率随极板间距增大而增大,随极板面积和线性电感系数的增大而减小.     

贴附型局域共振声子晶体双层板的带隙特性

针对板面之间周期性贴附柱状散射体的局域共振声子晶体双层板结构,采用有限元法计算了该结构能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期双层板结构的传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。数值结果和分析表明,当激励点和响应点位于上下异侧板时,一条起始频率低并且带隙宽的完全带隙可以被打开。该带隙的打开可以认为是共振单元的振动模态和上下板的板振动模态相互耦合作用的结果。同时,由双板间空气声腔所带来的声振耦合效应对带隙的影响可以忽略不计。此外,双层板结构展现出许多相应单板结构共同的带隙特性,但其拥有单板所无法比拟的宽带隙特性。通过改变结构相关参数,可以实现对带隙的有效调节。     

声腔-弹性板结构在不同激励下声辐射特性研究

以声腔-弹性板声振耦合模型为研究对象,对比分析该模型在点力激励和点声源激励下,激励位置、声腔厚度以及弹性边界等对弹性板声辐射功率、表面振速和腔内声压的影响及两种情况下的区别。弹性板的振动位移函数通过谱几何方法得到,并采用Hamliton原理,充分考虑了板的振动与板两侧声场之间的耦合。利用Rayleigh积分,可计算出弹性板的声辐射特性参数。结果表明,在简支约束情况时,点力和点声源两种激励下,激励位置、声腔厚度和弹性边界对板的声辐射功率、表面振速和腔内声压有不同的变化。在薄声腔时,点力激励下,声腔个别模态对板有明显影响。点声源激励下,模型耦合作用明显,弹性板的声辐射功率、表面振速和腔内声压主要受到耦合模态的影响,且点声源的耦合作用明显强于点力作用。相较于扭转刚度,直线刚度对声辐射的影响更大。     

壳板组合结构功率传递分析

壳板耦合是圆柱壳组合结构中最常见的连接方式。为了研究壳板组合结构的功率传递规律,利用有效点导纳分析周向均布激励下圆柱壳表面振动响应的分布规律,得出圆柱壳振动响应理论计算公式;通过给出圆周线导纳的定义及其表达式,计算带端板圆柱壳的振动响应均方值之比。理论计算结果表明:壳板振动响应均方值之比随频率的增高逐渐增大,但其值始终小于1。实验测量结果与理论计算吻合,其值围绕理论值上下波动,表征了理论计算公式和分析结果的正确性和合理性。     

电力变压器缩尺模型振动试验及其声学模型

首先,根据某电力变压器的缩尺比例模型在不同激振频率下箱壁振动相位和振幅的测试结果,得出当激振频率超过7阶模态频率时,其相位和振幅呈随机分布的结论,确定了电力变压器简化为点声源的划分形式;其次,建立了户外半开空间内电力变压器相干虚源模型,该模型考虑了声线多次反射形成的无限个虚源之间的干涉效应;最后,应用该相干虚源模型对存在相位关系的电力变压器组辐射声场进行计算,通过与边界元模型、ISO9613模型计算结果与实测值进行对比。结果表明,该相干虚源预测模型因考虑了相位信息,能反映出声波在不同位置处的传播趋势,比原有的ISO9613模型更为准确,验证了所提理论模型的可行性。     

履带车辆振动谱测试与分析方法研究

分析了引起履带车辆振动的主要因素,建立了车辆运动过程动力学模型,分析了车速、路面激励与车辆振动谱三者之间的关系.通过对典型测点的振动加速度信号分析,得出影响该履带车辆振动的主要因素是行动部分传到车体的振动,与车速密切相关,而由动力传动系统传到车体的振动相对较小.在履带车辆减振设计时应主要考虑由车速引起的工作频率与车辆固有频率的耦合同题,同时改变车体多个局部构件的固有频率重叠亦可消除共振耦合现象,减小车体的振动量级,改善车辆人-机环境.     

Vibration characteristics and power transmission of coupled rectangular plates with elastic coupling edge and boundary restraints

Coupled-plate structures are widely used in the practical engineering such as aeronautical,civil and naval engineering etc.Limited works can be found on the vibration of the coupled-plate structure due...     

离心压缩机机壳在基频气动力激励下的振动噪声研究

研究了离心压缩机机壳在内部基频气动力激励下的振动辐射噪声。考虑机壳与轮盘、轮盖之间的间隙,采用SSTk-co湍流模型模拟了离心压缩机的整机三维非定常流场,得到蜗壳内表面的脉动压力,然后将脉动压力的基频部分加载到蜗壳上,模拟离心压缩机蜗壳在非定常气动力激励下的振动噪声。研究表明：机壳内壁面基频压力脉动主要分布在无叶扩压器靠近叶轮出口一侧;机壳主要基频振动噪声源位于蜗壳靠近出口管道一侧;该离心压缩机机壳基频振动位移幅值很小,最大振动位移仅为11．8×10^-9m,因此可以忽略机壳的基频振动对离心压缩机运行安全性的影响。