声子晶体板中低频宽禁带的形成机理

针对局域共振型声子晶体在低频处难以实现宽禁带的问题,提出了一种新型声子晶体结构并探究了声子晶体板中低频宽禁带的形成机理。该结构由互置型振子周期性阵列于一个二维二组元声子晶体板两边构成,采用有限元方法对其禁带特性和禁带形成机理进行理论研究发现:板波模式与振子的振动模式依据模态叠加原理,通过主导系统主模态的方式,影响着禁带的形成;当振子与基板二者主模态一致时,相互发生耦合,振子通过强烈抑制基板主模态,使的板内无波传播模式,进而形成面内、面外两种宽频子禁带;振子的振动模式是影响禁带宽度的决定因素,当其为整体振动模式时,对基板主模态的抑制作用最大,形成宽频禁带。仿真结果表明:新型声子晶体板中振子的振动模式被引入的互置型振子调节,致使振子出现了两种整体振动模式;两种整体振动模式分别对面内和面外子禁带进行单独调节,进而使禁带在大致相同的低频范围内被同时扩宽,最终重叠生成了一条带宽为599Hz的宽禁带。该研究突破了局域共振型声子晶体在低频处难以形成宽禁带的局限,可为声子晶体在工程结构低宽频减振中的应用提供理论基础和方法指导。     

局域共振型周期结构振动带隙形成机理

为了揭示局域共振型周期结构振动带隙的形成机理,以二维局域共振型周期结构为对象,依据动力学理论,提出了振动带隙形成的基础理论假设:振子和基体的振动模式,由其主模态主导,主模态依据模态参与因子通过模态切换形成不同的振动模式,并依此建立了振动带隙形成机理模型,研究发现:局域共振型周期结构中存在6种广义振动模式,各模式由基体的广义主模态主导,而广义主模态又由广义模态依据模态叠加原理形成,当被抑制时,广义子带隙形成。研究结果表明:振子广义主模态依据模态参与因子,通过抑制或释放基体的广义主模态实现振动带隙的打开与闭合;振动带隙特性主要由振子广义主模态的等效刚度和等效质量决定,通过设计振子可主动设计与调控结构的带隙特征。该研究不仅为工程结构的振动控制提供了新方法,为带隙的主动设计奠定了理论基础,也完善了周期结构的基本理论。     

梁板型声子晶体带隙特性及列车减振性能研究

基于局域共振型声子晶体的物理特性,在车体夹层板的基础上设计出由基体板、橡胶和散射体组合而成的贴附型/填充型梁板声子晶体。通过数值仿真方法从带隙特性、振动传递特性以及模态振型等方面阐述减振机理,进一步探究结构/材料参数对带隙特性的影响。研究结果表明：贴附型局域共振声子晶体由于上下面板与橡胶及铅块共振单元的耦合共振,可产生中低频弯曲带隙(77～172 Hz);填充型局域共振声子晶体内橡胶层包裹的铅柱共振单元以不同相位实现面内振动的动态平衡,可产生中低频面内带隙(117～172 Hz);有限阵列结构对实车关键部位的振动具备较为理想的衰减作用。调整声子晶体结构参数可使其带隙中心频率与目标减振频率范围一致,有助于实现车体多部位减振优化,进而验证其在车体中低频减振降噪应用中的可行性。     

基于声子晶体理论的导线防舞方法及数值验证

为了解决特高压输电线路的减振防舞问题,保证线路安全,基于声子晶体局域共振理论,研究了多振子导线的减振效果.从导线的振动微分方程出发,应用传递矩阵法给出了无限周期结构的多振子导线在低频振动中的带隙结构,表明低频振动带隙的存在.以四分裂导线为例,采用有限元法计算了有限长无振子导线和多振子导线两种不同结构的振动频率响应.计算结果表明,在低频范围内多振子导线相对于无振子导线具有显著的减振效果,理论研究与仿真计算结果吻合较好.声子晶体理论为导线的减振防舞提供了一种新的途径.     

基于一阶剪切变形理论的玻璃纤维增强塑料夹层板模态密度研究

为提高玻璃纤维增强塑料夹层板宽频带内振声响应特性的计算精度,基于一阶剪切变形理论建立振动控制方程,利用波数空间积分法给出由各向异性薄面板及各向同性夹芯组成的夹层板结构的模态密度解析表达式.通过三通道驱动点导纳实验法对理论模型进行验证分析,讨论了不同设计参数对夹层板模态密度的影响.结果表明:夹层板振动特性在低频段受弯曲刚度控制,高频段面外刚度则是重要影响参数,忽略横向剪切刚度会显著影响夹层板模态密度的估算精度.     

声子晶体导线的振动带隙特性

为了解决超、特高压输电线路的舞动问题,提出了一种由导线、间隔棒、弹簧振子组成的声子晶体导线。基于导线的振动微分方程与Bloch理论,建立了计算声子晶体导线振动能带结构的传递矩阵法,进而通过计算发现声子晶体导线在舞动常发的频率范围内具有局域共振型带隙特性。为了验证该带隙特性,以四分裂导线为例,应用有限元法计算了有限周期声子晶体导线的振幅和频率响应特性。结果表明,在带隙的频率范围内导线振动响应具有明显衰减,为输电线路减振防舞提供一种新思路。     

多振子局域共振声子晶体导线带隙特性研究

为防止导线舞动对线路安全稳定运行造成危害,将附有3个串联振子的间隔棒周期性地排列在导线上,形成声子晶体导线结构,通过产生带隙达到导线减振的目的.本文推导建立了计算声子晶体导线结构振动频散关系的传递矩阵法.基于某舞动试验线路,计算得到了振动频散关系和带隙范围,并对相应的有限周期声子晶体导线进行了振动传输特性分析以进行对比验证.结果显示,在0~0.9Hz范围,三振子串联声子晶体导线结构存在3条低频振动带隙,在带隙频率范围内导线的振动会出现较大衰减,因此可利用带隙有效抑制导线舞动.     

弹性地基上的二维声子晶体薄板振动特性研究

弹性地基板在工程中有着广泛应用,控制和消除其振动的问题一直为人们所关注.声子晶体的弹性波禁带特性为弹性地基板的减振隔振和振动控制提供了一种新思路.利用大型商业软件ABAQUS分别计算了有无弹性地基作用的二维声子晶体薄板的频率响应,并进行了对比分析.结果显示,弹性地基的存在使得二维声子晶体薄板在频响分析的低频阶段产生了一个振动带隙,同时较高频率处的带隙范围与无地基情形时相比向高频移动.     

考虑抗弯刚度的耦合吊索自振特性研究

设置减振架后,悬索桥吊索的自振特性与单根索股不同,其振动是同一吊点各索股相互作用的综合体现。为研究带减振架吊索的自振特性,提出了考虑抗弯刚度的双索股耦合系统模型。首先,推导出了系统耦合振动的理论公式,然后对自振频率进行求解后用试验及数值算例进行验证;最后,以矮寨大桥的典型吊索为工程背景,研究了索的抗弯刚度、减振架耦合位置、减振架刚度、索的长度对吊索自振特性的影响。研究结果表明:考虑索的抗弯刚度后,带减振架的吊索自振频率值明显增大,索越短,其增长幅度越大;减振架保证了两根索股同相整体振动模态的一致性,在同相整体振动模态之间存在单根索股单独振动模态(减振架位于吊索中点时成对出现)及反相振动模态;减振架位置对吊索反相振动模态的自振频率及振型有显著影响;与刚性减振架相比,弹性减振架导致反相振动模态的自振频率值降低,减振架刚度越小,其差值越大;对于不同长度的吊索,当设置的减振架刚度k≥5×10~6 N/m时,可近似视为刚性减振架。     

周期特性下网架结构振动特性分析

针对工程结构减隔振需求,基于网架结构的周期特性对其进行减隔振性能分析。通过改变节点质量、杆件截面参数,分析其对网架结构减振性能的影响;再对实际工程网架-悬挂吊车结构进行分析,运用频响函数综合法建立整个系统的振动传递模型,在隔振系统中评价该结构的隔振性能。结果表明,网架结构具有一定抑制振动效果,可通过调节杆件截面刚度来影响结构的带隙特征以实现预期减隔振效果;增加网架节点质量,可以很好地改变结构振动特性,尤其是对高频阶段有较好的抑制作用,但减振效果与截面刚度呈负相关;网架-悬挂吊车结构双层隔振系统具有良好隔振效果。合理运用网架结构的周期特性,对结构进行优化布置,可以有针对性地增强网架结构的减振性能。     

箭型蜂窝夹层板力学性能及等效方法研究

针对箭型负泊松比蜂窝夹层板,给出了线弹性范围内蜂窝芯层的等效力学参数理论公式,并通过拉伸试验和有限元仿真验证了公式的准确性.分别选取三明治夹芯板理论、Reissner等刚度理论、Hoff等刚度理论对夹层板进行等效,建立等效后的有限元模型,完成静力分析和模态分析,与实体单元模型的计算结果进行对比.结果表明:在不同加载形式下,考虑了芯层剪切刚度和面板弯曲刚度的三明治夹芯板理论,等效精度最高,更适合用于箭型负泊松比蜂窝夹层板的简化分析.     

声子晶体在空腔板件振动控制中的应用研究

建立了局域共振声子晶体板状结构,在266.1~528.8 Hz频率范围内获得了最大幅值为35 dB的减振特性。对不同布置形式的声子晶体板进行了仿真和试验分析,二者结论基本一致。构建了局域共振声子晶体结构空腔,并结合有限元方法对空腔结构进行模态分析、带隙机理和共振带隙特性分析。得出声子晶体单元的不同布置位置和形式对声子晶体结构空腔的振动固有频率的影响。     

基于力电耦合超材料的圆柱壳结构低频减振方法研究

基于力电耦合超材料发展了一种针对圆柱壳结构的低频减振方法。利用模态综合法,提出了力电耦合系统的减缩方法,并对减缩模型进行了修正。研究了有限长度力电耦合超材料圆柱壳中的禁带阻波特性,并分析了电感电阻参数对禁带特性的调节规律。面向低频减振应用,提出了两种电路参数的优化设计方法。最后,以双层环肋圆柱壳为研究对象,针对其前三阶共振进行了优化设计,数值仿真结果表明前三阶共振峰均实现了25 dB以上的振动抑制效果,充分验证了所提出的低频减振方法能有效地抑制圆柱壳结构的低频振动。     

弹簧质量对振动及波动特性的影响

本文讨论考虑弹簧质量时振子系统的振动频率、振动模式,以及相应波的传播特性.结果表明:对于质量很大的弹簧,振子的振动特性主要由1级振动模式决定;当考虑弹簧质量时,各个点的运动不能完全重复上个周期的运动,表明弹簧振子并非做纯粹的简谐振动.     

浮置板轨道结构系统振动模态分析

采用有限元分析方法,建立浮置板轨道结构的三维有限元模型,对不同橡胶支承刚度和扣件刚度组合条件下,两种密度混凝土浮置板进行模态分析,获得了橡胶支承刚度为20 kN.mm-1、扣件刚度为30 kN.mm-1时浮置板轨道结构的低阶固有频率和振型,其结果与试验结果吻合.分析了混凝土板密度、橡胶支承刚度、扣件刚度对浮置板轨道结构系统振动特性的影响,可为浮置板轨道结构的减振降噪优化设计提供理论依据.     

声子晶体板中低频完全禁带形成机理研究

针对固体基局域共振型声子晶体中难以出现100Hz以下的完全弹性波禁带问题,提出了一种新型声子晶体板,其结构由锥形复合散射体周期性阵列于一个二维二组元声子晶体板两边构成。采用有限元方法对其禁带特性和禁带形成机理进行理论研究,获得了声子晶体板中低频完全禁带的形成机理以及禁带调节规律。研究发现,不同形式的板波模态与对应的局域共振模态依据模态叠加原理相互耦合生成面内、面外两种禁带,二者叠加形成完全禁带;散射体振子的等效弹簧质量系统耦合是难以产生低频完全禁带的主要原因。研究结果表明:新型声子晶体板中散射体振子的等效弹簧质量系统可被引入的橡胶填充体解耦,致使面内、面外禁带分离;引入的锥形复合散射体可使相互分离的面内、面外禁带被同时单独调节至低频发生重叠,最终生成了一条频率范围为59~103Hz的低频完全禁带。研究结果和结论可将声子晶体应用于工程结构低频减振中。     

油液对油底壳模态的影响分析

针对柴油机湿式油底壳的振动特性问题,以4120s型柴油机为例,采用有限元法对不同充液量的油底壳模态频率和振型特征进行分析,并对存在油液时的油壳系统进行增加加强板的结构改进.结果表明:随着机油量的增加,油底壳模态频率逐渐降低,模态振型也发生了显著变化;形貌优化后的油底壳,固有频率有较大提高,刚度大幅度增加,有利于减振降噪...     

谱元法分析周期变截面梁振动带隙特性

以周期变截面梁为研究对象,采用谱元法研究结构的带隙特性。基于铁木辛柯梁理论,从梁的波动方程出发,推导出与频率有关的插值函数,得到梁结构的刚度矩阵,再整合得到整体结构的动力学刚度矩阵。通过对结构单胞的整合,得到整体结构的动力学方程。基于周期结构的频域响应,研究其带隙特性。通过有限元模拟和振动实验,验证了谱元法计算结果的正确性。此外,分析了阻尼和结构几何尺寸变化对带隙的影响。研究内容拓宽了谱元法的应用领域,同时为周期结构在工程中的应用提供参考依据。     

谱元法研究周期变截面梁振动带隙特性

以周期变截面梁为研究对象,采用谱元法研究结构的带隙特性。基于铁木辛柯梁理论,从梁的波动方程出发,推导出与频率有关的插值函数,得到梁结构的刚度矩阵,再整合得到整体结构的动力学刚度矩阵。通过对结构单胞的整合,得到整体结构的动力学方程。基于周期结构的频域响应,研究其带隙特性。通过有限元模拟和振动实验,验证了谱元法计算结果的正确性。此外,分析了阻尼和结构几何尺寸变化对带隙的影响。本文研究内容拓宽了谱元法的应用领域,同时为周期结构在工程中的应用提供参考依据。     

基于应变模态的自带冠叶盘结构振动局部化问题

目前循环周期结构振动局部化问题的研究多采用位移模态,应变模态鲜见用于相关研究。因此,基于自带冠叶盘结构有限元模型,提出将应变模态用于振动局部化问题研究的设想,对比分析了应变模态和位移模态在衡量失谐叶盘结构振动局部化时的效果。研究发现,与位移模态相比,基于应变模态的振动局部化尤其是振动响应局部化对刚度失谐更敏感;同一阶次的应变模态振型和位移模态振型不完全相同。研究结果对含减振结构循环周期系统的设计有重要理论意义。