一维杆状声子晶体振动中的表面局域态研究

从两种材料组成的一维杆状声子晶体的振动方程出发,给出无限周期结构的振动波色散关系和半无限周期结构表面波色散关系。发现带隙宽度、表面波频率均与材料组份比有关。对于具有自由表面的声子晶体,当自由表面层材料的速度小于另外一种材料速度时,存在表面局域态。利用有限元法,仿真了有限结构声子晶体的振动频率响应。当存在表面局域态时,振动频率响应在带隙频率范围内出现共振峰,这些共振峰至少减小了声子晶体20dB的减振效果。     

二维声子晶体薄板的振动特性

从薄板的振动方程出发,利用平面波展开法,给出了无限周期结构的二维声子晶体薄板的振动能带结构。发现二维声子晶体薄板存在振动带隙,但是与二维声子晶体xy模态的能带结构有区别。利用有限元法,对有限周期结构的声子晶体薄板振动频率响应进行仿真。在带隙频率范围内,频率响应存在较大衰减。并且给出了带隙内和带隙外两个频率点的波场分布。周期结构薄板中存在的振动带隙为声子晶体在减振方面的应用提供了一种新思路。     

一维粘弹材料周期结构的振动带隙研究

采用迭代法改进了一维声子晶体带隙特性计算的平面波展开(PWE)算法,以使其适用于组成材料粘弹性所导致的弹性常数随频率非线性变化的特性。将该算法应用于丁腈橡胶(NBR)和钢组成的两种结构尺寸的一维周期结构声子晶体振动带隙的研究中,理论计算和振动测试结果吻合理想。进一步的理论分析表明,橡胶材料的储能弹性模量随频率的单调增加,使得在保持禁带开始频率不变的同时大大加宽了禁带范围,在3 mm钢/10 mm NBR以及7 mm钢/10 mm NBR两种周期结构一维声子晶体中禁带宽度分别增加了36.4％和34.0％。     

基于声子晶体理论的舰船液压管路支承用隔振器轴向振动带隙特性研究

利用声子晶体理论,将隔振器设计成由金属和橡胶组成的一维周期性结构,利用其带隙特性实现舰船液压管路的振动控制。采用传递矩阵法和有限元法,对隔振器能带结构和频响函数进行仿真计算,分析材料属性、晶格常数和径长比等因素对带隙频率范围和宽度的影响,根据舰船液压管路振动频率范围,最终确定了隔振器结构尺寸及材料,并对其轴向振动传输特性和减振性能进行了数值仿真和试验验证。试验结果表明,该新型隔振器在600~10 000 Hz以内的频率范围内具有良好的轴向减振性能,能够有效地抑制管路振动向船体结构传播。本研究为舰船液压管路的振动控制提供了一条新的技术途径。     

二维开孔式局域共振声子晶体低频带隙研究

设计了一种二维开孔式局域共振声子晶体结构,结合有限元软件COMSOL计算了该结构的能带结构图及振动模态,并通过振动模态分析了该结构低频带隙产生的机理。研究结果表明,与传统的全连接结构相比,所设计的单元结构质量更加轻便,且带隙起始频率更低,可在42.34～119.81 Hz范围产生完全带隙。并在此基础上通过改变包覆层开孔半径及散射体的半径进一步分析了单元结构的带隙影响因素,其带隙的起始频率可低至29.72 Hz,可在29.72～91.93 Hz范围产生完全带隙,带宽为62.21 Hz。该结构所实现的低频带隙为声子晶体在工程实际中针对特定低频段的减振降噪应用提供了新思路。     

周期弹簧振子结构振动带隙及隔振特性研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动(弹性波)带隙,带隙频率范围内的振动(弹性波)在该结构 中无法进行传播。在计算无限周期弹簧振子结构振动(弹性波)带隙的基础上,采用数值方法计算并讨论了有限周 期弹簧振子结构的振动传输特性及隔振特性,最后以双质量周期弹簧振子结构为例,对其振动传输特性及隔振特 性进行了试验验证。     

考虑模糊变量的声子晶体带隙特性研究及优化

针对声子晶体设计中存在模糊变量导致带宽不可靠问题,建立新型二维多组元局域共振型声子晶体,通过数值计算得到带隙曲线并探究带隙产生机制,并基于分析包覆层几何参数和材料参数对带隙影响结果,考虑将环状包覆层材料参数作为模糊变量,几何参数作为设计变量,通过拉丁超立方体抽样进行实验设计建立基于Kriging模型的声子晶体带隙优化模型,利用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)对Kriging模型进行全局寻优,得到声子晶体最优设计解。结果表明,优化后带隙宽度从101.17 Hz变为224.164 Hz,增大121.5%,且带宽边界均在设计目标范围内,所提出的Kriging带隙优化模型在避免大量数值计算的同时,考虑了模糊变量的影响,具有较高的预测精度和可靠性,为声子晶体设计提供新研究思路。     

周期结构细直梁弯曲振动中的振动带隙

通过将声子晶体中的周期结构思想引入到细直梁的结构设计中,构造了一种二组元变截面周期结构细直梁。采用平面波展开法计算了无限周期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,在该细直梁中存在振动带隙。晶格尺寸、材料组分比、截面尺寸对振动带隙的影响也进行了讨论。采用有限元法计算了有限周期的细直梁的振动传输特性,计算得到的振动传输特性曲线上的频率衰减范围与平面波计算得到的带隙位置基本吻合。最后以有机玻璃及铝构成的细直梁为例,采用振动试验对其振动传输特性进行了测试。试验结果同理论计算及仿真结果基本吻合。梁类结构是噪声及振动控制领域研究的主要对象之一,周期结构细直梁中存在弯曲振动带隙为梁类结构的减振提供了一种新的思路。     

周期弹簧振子结构振动带隙理论与实验研究

无限周期弹簧振子结构具有和声子晶体类似的振动 (弹性波 )带隙特性 ,即带隙频率范围内的振动 (弹性波 )无法在该结构中进行传播。本文首先计算了无限周期弹簧振子结构振动 (弹性波 )带隙 ,进而采用数值方法对有限周期弹簧振子结构的振动传输特性进行了仿真计算 ,最后对双质量周期振子结构进行了试验验证。理论计算结果、仿真结果和试验测试结果相互吻合 ,即在带隙频率范围内的振动在频响曲线上有较大衰减     

局域共振型声子晶体梁的动态模型和带隙

建立了一种具有边界条件的局域共振型声子晶体梁的理论模型,其中声子晶体简支梁连接有周期分布的弹簧振子结构。根据Hamilton原理得到了该结构的动力学方程,采用Rayleigh?Ritz方法求得了该结构的动态特性以及局域共振型带隙的数值结果。所得到的结果同已有文献中的实验结果具有较好的一致性,说明所提出的理论模型是可行的。根据所建立的理论模型,分析了梁的长度和晶格常数对带隙的影响。可以看出：当声子晶体的晶格常数相对于梁的长度较小时,结构的频响特性中具有明显的带隙,在弹簧振子的固有频率处有反共振峰出现,并且始终位于带隙范围内;而当晶格常数相对于梁的长度较大时,结构的带隙情况较为复杂,且受边界条件的影响较大。     

钨芯体三维四元声子晶体振动带隙研究

在掌握声子晶体研究现状及其基本理论的基础上,采用集中质量法计算三维四元声子晶体的振动带隙,并考察填充率和散射体单元结构体积百分比变化对第一带隙的影响。研究结果表明:此结构在低频段存在振动带隙;随着填充率的增大,带隙边界频率向低频移动,带隙宽度增大;散射体单元结构体积百分比变化对带隙边界频率和带隙宽度有较大影响。研究结果为声子晶体研究提供了获得振动带隙的依据和有效方法。     

三维蜂窝状声子晶体的带隙优化研究

蜂窝状的声子晶体具有优秀的减振降噪特性,选择丁腈橡胶作为基底,钢作为散射体,通过构建不同蜂窝状的声子晶体模型以及改变几何材料参数,可以得到更宽的低频带隙,从而得到更好的减振效果。通过COMSOL软件,利用周期性边界条件和布洛赫理论进行建模,计算出其能带结构并和传输特性进行比较,分析了不同结构参数下的位移模式,寻找出最优越的蜂窝状声子晶体,在对带隙范围调控上提出了新的方法和思路。     

多带隙联合的声子晶体滤波梁弹性波传播特性

提出了一种包含Bragg散射、整体局域共振和局部局域共振机理的多带隙联合声子晶体滤波梁,通过传递矩阵法与Bloch定理求得无限周期结构各阶带隙为0～170 Hz、180～262.6 Hz、552.3～597 Hz、974～1 563 Hz、1 903～2 667 Hz;并调节结构参数,得出带隙调制规律和带隙机理。同时,与其他3种工况声子晶体梁带隙特征进行对比分析,证明了声子晶体滤波梁在带隙宽度、丰富度以及弹性波衰减率方面均有着相对优势,具备更好的过滤或抑制结构中弹性波的性能。此外,求解近声子晶体滤波梁的振动传递系数,得出在各阶带隙范围内,弹性波的传播存在明显衰减,验证了带隙的存在。最后为探究弹性波在带隙/通带范围内的波动模式,分别提取位于带隙/通带范围梁体位移分布,发现在带隙频率范围内的弹性波沿波动方向快速衰减,表现出带隙特性;通带频率范围内的弹性波无明显变化或衰减,表现出通带特性。     

卧式振动离心脱水机的振动模态

通过卧式振动离心脱水机的振动模态实验研究了机壳及支撑体、筛篮的各阶振动模态、振型及振动轨迹。结果表明:底座与支撑体的第一阶固有频率与离心脱水机稳定运转时振动电机产生的激振力频率比值小于0.54,筛篮的第一阶固有频率与离心脱水机稳定运转时振动电机产生的激振力频率比值大于0.85。振动离心脱水机停机过程中将经过壳体及支撑体、筛篮的共振区。加工物料时,筛篮等组成的振动体对振动电机产生的激振作用力进行了吸振。     

固-流掺杂结构声子晶体中弹性波的缺陷模

为了研究弹性波在固-流掺杂结构声子晶体中缺陷模的特性,推导出了弹性波斜入射固-流掺杂结构声子晶体的转移矩阵。研究了固-流掺杂结构声子晶体中弹性波的透射系数,得到了由于掺杂在禁带的中央出现了一条狭长的缺陷模透射峰的结论。当杂质厚度固定时,缺陷模随入射角的增加向高频方向移动。当入射角固定时,缺陷模的中心频率随杂质厚度的增加近似呈线性减小。     

基于声子晶体的二维减振结构设计

将局域共振声子晶体引入减振结构设计中,提出在橡胶减振材料中植入声子晶体的新型减振结构设计。通过有限元法计算位移频响曲线,研究了该结构的减振特性,并在此基础上进一步研究了周期层数、元胞尺寸、基体边长、中间层厚度及散射体尺寸对减振频段的调控作用。研究结果表明,该新型减振结构可以在280～1 000 Hz频段产生优良的减振效果,而各结构参数对禁带范围和频带宽度都具有很好的调控作用,使得针对特定频段的减振设计成为可能。该研究为航空航天领域新型减振器的设计提供了新的思路。     

声子晶体隔声罩的设计与仿真分析

在噪声控制技术中,针对小型机械设备最经济有效的降噪手段是采用隔声设备,将噪声源的传播路径切断。基于以上需求,分析了隔声罩原理,进行了隔声罩性能评价,并设计了声子晶体隔声罩。介绍了声子晶体隔声罩的结构、外形尺寸和功能板块,对其进行了仿真分析,确认所设计的隔声罩符合降噪要求。     

一维振动式滚磨光整贴壁式加工工艺实验研究

通过一维振动式贴壁加工实验,研究了频率、振幅、试件固定高度和固定方位对试件表面加工质量的影响规律.基于电动式振动试验系统,将6061铝合金块以不同高度嵌在橡胶衬垫里贴于垂直、平行于振动方向的自制振动容器内壁上进行加工实验.试件垂直于振动方向固定时,同一固定高度,频率(振幅)越高,试件表面粗糙度值下降越快,加工效果越好;...