基于声子晶体周期薄板结构低频率带隙机理研究及其应用

作     者：周小强 

作者单位：湖北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈源

授予年度：2011年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：声子晶体 周期结构 带隙 NVH 

摘      要：由于在力学性能上的优点,板壳结构广泛应用于航空航天、机械设备、交通工具以及家用电器上,其减振与降噪问题,一直是机械振动领域研究的重要问题之一。伴随着中国汽车产业的飞速发展,2010年中国汽车产销量均达到1800万辆,成为世界汽车产销量第一的国家。同时人们对汽车乘坐舒适性的要求也越来越高,车内振动与噪声的处理问题突显了出来。据研究显示,车内振动与噪声主要集中在中低频率,而车身板壳结构的振动与二次激振噪声也是车内振动与噪声源之一。通常采用大面积阻尼对板壳构件从被动减振降噪的角度进行处理,这种处理方法对于处理高频率噪声振动是很有效的,但对于中低频率振动与噪声处理效果却很有限。于是,寻找一种便捷、有效、低成本的处理方法,便是板壳结构振动领域研究的重点。 本文基于声子晶体理论,采用周期结构对薄板振动和噪声进行处理。 首先建立周期薄板结构的理论模型,根据结构连续性条件以及相关边界条件,建立方程组,同时由于结构的周期性,引入Bloch定理,这样便将方程组的求解问题转换为矩阵特征值的求解,求解得到的特征值即为弹性波频率关于周期结构各参数的函数,将其可视化,可以得到周期薄板结构的带隙频率特性。 其次,采用有限元法对周期薄板结构的带隙特性进行研究。建立周期薄板结构有限元模型,并进行动力学仿真,从而得到周期结构的带隙,对理论计算的带隙进行验证。 然后,采用实验测试的方法,得到周期薄板结构的带隙特性,对理论计算和有限元法得到的带隙进行验证。通过试验测试的方法肯定了中低频率带隙的存在。 最后,将周期薄板结构应用于车辆NVH处理上,通过对比周期薄板结构处理前后车内噪声级转速跟踪图,实现了车内声压级平均降低3dB以上结果,从而使车内振动与噪声的能量得到了很大的衰减。