一类声子晶体角梁的振动带隙研究

针对声子晶体直梁的低维窄带减振特性的不足,提出了一类声子晶体角梁。采用传递矩阵法对角梁进行了理论分析和数值求解,并进行了有限元仿真验证。分析结果表明：声子晶体角梁能够通过纵向振动和弯曲振动的转化使得组成梁的两种带隙同时得以发挥减振作用,从而有效地实现了宽频多维减振;声子晶体角梁的构造角度对其减振性能有明显的影响,90度角梁减振能力明显优于45度和135度情况;当加载角由0度向90度变化时,角梁内的振动由纵向振动为主逐渐过渡到弯曲振动占主导地位,弯曲带隙内的衰减也随之更加显著,反之亦然;扭簧能够加强角梁的“弹簧-振子”效应,不仅可以增加总振动带隙的宽度和衰减量,而且提高了低频区减振能力。     

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。     

一种特殊的布拉格型声子晶体杆振动带隙研究

针对工程中常见的多杆结构的振动抑制问题,将声子晶体具有独特的振动带隙这一理念引入进来,构造了一类布拉格型声子晶体T型杆。在波动方程的基础上,采用传递矩阵法,对声子晶体T型杆的面内和面外振动带隙特性进行了理论推导和数值分析。研究结果表明:弹性波在声子晶体T型杆中传播时会发生波型转化,这种波型转化一方面使得不同波型对应的带隙可以同时发挥振动抑制作用,从而拓展了减振频带;另一方面也使得对于任意方向的振动激扰均能够获得明显的衰减效果。因此,声子晶体T型杆能够很好的满足工程中常见的多维宽频减振需求,是一类良好的减振元件。     

集中质量边界条件下声子晶体杆的纵向振动传递特性研究

为分析集中质量边界下声子晶体杆的纵向振动传递特性,建立了树脂杆、铝杆及“树脂＋铝”声子晶体杆模型,计算了0～50kHz范围内自由边界和集中质量边界两类情况下三种杆的振动传递率,并进一步分析了集中质量大小对传递率的影响。分析结果表明：自由边界下树脂杆和铝杆均无减振性能,而声子晶体杆则呈现出3个明显的带隙;集中质量边界下树脂杆和铝杆能够在较宽的频带内抑制振动的传递,但其传递率曲线存在很多共振峰,不利于减振,而声子晶体杆的带隙在此边界下仍能显著抑制振动的传递,从而明显改善了减振性能,但集中质量可能引入强烈的共振峰;随着集中质量的增加,三种杆的减振性能进一步提高。     

二维声子晶体带隙特性分析与应用研究

声子晶体在减振方面拥有广泛应用前景,而带隙分析是将其付诸应用的首要前提。先利用有限元法研究结构与材料参数对带隙的影响,接着基于带隙特性分析的结果,根据实验所得的典型船用离心泵机脚的振动特性,设计以硅橡胶为基体、铅为散射体的声子晶体薄板。将声子晶体引入舱段减振设计中并进行相应的数值响应验证,结果表明:将所设计的声子晶体薄板插入舱段的内底板,在带隙作用范围内可有效阻抑振动传递,并降低舱段外壳的振动响应。     

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。     

声子晶体梁在燃料电池车副车架减振中的应用研究

由于燃料电池汽车的中低频振动突出,而声子晶体在中低频的带隙特征可用于衰减该种振动。通过有限元仿真分析单振子、多振子声子晶体梁在副车架上减振特性的应用,表明声子晶体梁对副车架振动有较好衰减作用,且多振子带隙更丰富,可用于呈倍频关系的减振降噪中;研究的振子周期排列结构、副车架纵梁结构及副车架厚度对减振特性影响,可为声子晶体在汽车减振降噪的应用提供新思路。     

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.     

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。     

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。     

基于多层S型局域振子的声子晶体双层梁结构带隙特性研究EI北大核心CSCD

针对工程中的振动噪声控制问题,提出了一种声子晶体梁结构,基于周期结构的Bloch定理,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声子晶体梁结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。由局域共振带隙形成主要机理,研究了低频段振动噪声控制的声子晶体梁结构,可应用于工程中特定频率的减振降噪问题。并对比分析了声子晶体单层梁结构和声子晶体双层梁结构的带隙特性,研究了单/双层梁结构振动的通性。研究了各参数对声子晶体梁结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理设计参数,可以实现结构特定范围的低频隔振,在船舶、大型发电机组及其他工程的振动噪声领域中具有很好的应用前景。     

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。     

含负电容谐振分流电路的压电声子晶体梁的局域共振带隙与振动衰减

通过在树脂梁上周期贴敷压电片,并连接由被动电阻-电感(RL)谐振分流电路和负电容(NC)电路串联而成的分流电路,构造了压电声子晶体梁结构。采用传递矩阵法计算了该类型压电声子晶体梁结构的带隙特性,并对电阻、电感和负电容对局域共振带隙的影响进行了深入分析,发现分流电路中的LC电磁振荡回路可产生局域共振带隙,而串联的负电容电路则可增强压电片的机电耦合效率,从而增强带隙衰减范围和衰减幅值。采用振动实验方法对理论分析结果进行了验证,证实串联的负电容对局域共振带隙的增强作用,为局域共振声子晶体的设计提供了新的思路。     

类三角晶格固/固型声子晶体的带隙特性研究

首先划分7种类三角晶格声子晶体按三角点阵排列,然后利用平面波展开法计算了类三角晶格钢/环氧声子晶体的反平面模态能带结构,讨论了带隙各向同性和归一化半径对低频带隙的影响。结果表明,类三角晶格钢/环氧声子晶体可以打开不同频率段较宽带隙;选取归一化半径分别为0.34和0.38,使低频带隙得到最大值。这些带隙特征为设计新型减振材料提供了理论依据。     

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。     

基于局域共振声子带隙的扭转减振器设计方法

通过动态等效转动惯量分析,讨论了扭转减振器的减振频带特性与局域共振声子晶体带隙的相似性。基于局域共振声子晶体理论提出扭转减振器减振带隙的计算方法,并研究了扭转减振器几何设计参数及材料设计参数对减振带隙的影响规律。在此基础上,针对某国产MPV车型传动系扭转振动引致的车内轰鸣声问题,运用减振带隙计算方法设计扭转减振器,试制、安装样件并进行整车传动系扭振及车内噪声试验。结果表明,该扭转减振器可有效抑制传动系扭转振动,降低车内轰鸣声,提升整车声振舒适性。     

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。     

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。     

基于质量放大局域共振型声子晶体的低频减振设计

针对低频结构振动控制,设计了一种质量放大局域共振型声子晶体。基于周期结构的Bloch定理和有限元方法研究了无限声子晶体的能带特性,同时基于有限元法研究了弹性波在有限周期结构中的传播特性。在此基础上,对声子晶体质量放大带隙与局域共振带隙的形成机理和带隙特性进行了研究。最后以梁框架结构低频减振为目标,将设计的质量放大局域共振声子晶体嵌入框架结构中,综合应用声子晶体带隙特性和黏弹性材料阻尼特性,实现低频宽带振动抑制效果。进一步,对框架结构一阶固有频率,进行声子晶体结构优化设计,实现了一阶固有频率处振动的高量级抑制,并设计制备实验样件,进行实验验证。结果表明,这种质量放大局域共振声子晶体可以为结构低频减振提供一种新的实现方法。     

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。