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带隙特性计算的等效梁元法与等效平面应变法

振动与冲击 2023年第8期42卷 319-325页

作者：毛翔杨德庆李清上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

针对可简化为平面应变类力学问题的超材料,根据矩形薄板筒形弯曲理论,提出该类超材料带隙特性计算的等效梁元法。应用等效梁元法和常规等效平面应变法对负泊松比超材料的多种典型构型(内六角、星形、箭形和旋转三角形)的带隙特性进行数... 详细信息

针对可简化为平面应变类力学问题的超材料,根据矩形薄板筒形弯曲理论,提出该类超材料带隙特性计算的等效梁元法。应用等效梁元法和常规等效平面应变法对负泊松比超材料的多种典型构型(内六角、星形、箭形和旋转三角形)的带隙特性进行数值计算,比较两种方法在带隙计算精度、计算效率及拓扑优化中适用性等方面的差异,并经试验测试结果进行验证。研究表明,等效梁元法和等效平面应变法的带隙计算精度均较高,与实测值误差在7%以内。等效梁元法在带隙计算效率上比等效平面应变法高约50%,但拓扑优化基结构模型的规模较大,适用于杆件类超材料结构拓扑优化。等效平面应变法带隙计算效率较低,拓扑优化基结构模型的规模较小,适用于连续体类及骨架类超材料结构的拓扑优化。该研究可为带隙超材料的拓扑优化设计提供参考。

关键词：超材料带隙特性有限元分析平面应变薄板理论

阻振质量-刚度-阻尼材料配置同步优化的基座声学设计

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振动与冲击 2021年第6期40卷 257-264页

作者：王语嫣杨德庆上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

提出了一种通过配置阻振质量、优化构件尺寸和阻尼材料的基于声功率级约束的基座优化设计方法。不同于以往通过基座减振优化设计进而减小辐射噪声的方法,验证了基座声学优化设计对声隐身特性的直接效果。分别建立阻振质量单独优化、阻... 详细信息

提出了一种通过配置阻振质量、优化构件尺寸和阻尼材料的基于声功率级约束的基座优化设计方法。不同于以往通过基座减振优化设计进而减小辐射噪声的方法,验证了基座声学优化设计对声隐身特性的直接效果。分别建立阻振质量单独优化、阻振质量-基座刚度同步优化、阻振质量-基座刚度-阻尼材料综合优化三种基座声学优化模型,比较了三种优化模型的优缺点。通过建立某算例基座声学动态代理模型,采用径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络方法进行优化计算,得到满足设计要求的最优设计,拟合误差较小,结果较为可信。

关键词：基座声学优化辐射噪声质量-刚度-阻尼配置神经网络

基于差分热伏安法和高斯过程回归的锂离子电池健康状态估计

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上海交通大学学报 2023年

作者：朱浩然陈自强杨德庆上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院

锂离子电池在工作过程中将发生容量衰退甚至恶化等现象，实现电池健康状态的有效估计是电池管理系统发展的关键挑战。该文提出了一种数据驱动模型与特征参数相融合的锂离子电池健康状态（State of Health， SOH）估计方法，使用差分热... 详细信息

锂离子电池在工作过程中将发生容量衰退甚至恶化等现象，实现电池健康状态的有效估计是电池管理系统发展的关键挑战。该文提出了一种数据驱动模型与特征参数相融合的锂离子电池健康状态（State of Health， SOH）估计方法，使用差分热伏安法（Differential Thermal Voltammetry， DTV）对锂离子电池实验数据进行预处理，提取六个有用的特征，建立以不同核函数的两步高斯过程回归（Gaussian Process Regression， GPR）为核心的SOH估计模型。结果表明，建立的模型能够更好地逼近实验值的同时缩短了训练和预测时间，SOH估计的平均绝对误差在0.67%～0.97%，相比单步GPR降低20%～30%。因此，该模型对锂离子电池健康状态的估计有较高的鲁棒性和准确性。

关键词：锂离子电池健康状态估计差分热伏安法高斯过程回归

力学与声学超材料在船舶工程中的应用研究综述

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中国舰船研究 2023年第2期18卷 1-19,47页

作者：张栗铭杨德庆上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

海洋环境的复杂性以及兵器攻击中强非线性载荷的作用,使得采用常规材料制造的舰船结构难以满足安全性、隐身性、轻量化和舒适性等综合设计指标要求,而超材料凭借其性能的人工可设计性和性能超颖性,成为解决上述工程需求的有效途径之一... 详细信息

海洋环境的复杂性以及兵器攻击中强非线性载荷的作用,使得采用常规材料制造的舰船结构难以满足安全性、隐身性、轻量化和舒适性等综合设计指标要求,而超材料凭借其性能的人工可设计性和性能超颖性,成为解决上述工程需求的有效途径之一。总结近10年来超材料在船舶工程中的理论及应用研究现状,围绕船舶抗爆抗冲击、轻量化、承载和减振降噪等几个方面,重点梳理力学超材料和声学超材料的设计方法与应用研究进展。指出船用超材料的大尺度、高效、低成本制造技术是未来船用超材料应用中亟待突破的方向与瓶颈,船用超材料的高承载性、宽频段带隙设计和低频段带隙设计已成为具有潜力的研究热点。

关键词：船舶超材料轻量化减振降噪抗爆抗冲击

零泊松比超材料设计的多评价点功能基元拓扑优化方法

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复合材料学报 2020年第12期37卷 3229-3241页

作者：杨德庆钟山上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院高新船舶与深海开发装备协同创新中心海洋工程国家重点实验室上海200240

提出基于多评价点约束的零泊松比超材料功能基元拓扑优化设计方法。在同一功能基元拓扑基结构中,通过建立对于多个评价点的正、负泊松比约束,实现胞元零泊松比效应。分别采用最小质量和最大柔度目标函数拓扑优化模型优化设计出与半内六... 详细信息

提出基于多评价点约束的零泊松比超材料功能基元拓扑优化设计方法。在同一功能基元拓扑基结构中,通过建立对于多个评价点的正、负泊松比约束,实现胞元零泊松比效应。分别采用最小质量和最大柔度目标函数拓扑优化模型优化设计出与半内六角蜂窝相似的零泊松比功能基元最优拓扑构型。提取功能基元最优构型并周期性序构了零泊松比超材料试件,通过有限元方法验证了该功能基元的零泊松比效应,并分析超材料试件的静、动力学特性。计算结果表明,最大柔度目标函数设计的功能基元构型的泊松比更接近于零,且具有更好的承载与隔振性能。设计了零泊松比超材料环肋双层圆柱壳结构,进行外壳静压和内部设备激振下壳体水下辐射噪声分析。研究表明,零泊松比超材料环肋可将外壳压缩变形转换为内外壳间环肋旋转,实现耐压壳内壳的保形,且具有较好的降噪性能。

关键词：超材料零泊松比功能基元拓扑优化双层圆柱壳降噪

加速度载荷信息部分缺失下船舶机械噪声快速预报

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振动与冲击 2022年第12期41卷 247-253页

作者：刘西安杨德庆刘见华上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 中国船舶与海洋工程设计研究院上海200011

为解决加速度载荷信息部分缺失时船舶机械噪声预报误差较大的问题,提出了基于设备等效载荷模型的快速预报方法。该方法基于设备载荷对机械噪声的影响规律,将设备的力学模型等效为F_(z)M_(xy)模型(设备力学模型由F_(z),M_(x)和M_(y)构成)... 详细信息

为解决加速度载荷信息部分缺失时船舶机械噪声预报误差较大的问题,提出了基于设备等效载荷模型的快速预报方法。该方法基于设备载荷对机械噪声的影响规律,将设备的力学模型等效为F_(z)M_(xy)模型(设备力学模型由F_(z),M_(x)和M_(y)构成),通过能量叠加原理实现船舶机械噪声的快速预报。设备载荷以平均加速度表征时,若能确定出激振力的各个分量的载荷系数,则根据该方法可以准确地预报船舶辐射声功率;若无法确定各个激振力分量,通过等效载荷模型确定水下辐射噪声的变化范围。模型试验结果表明:设备激振载荷以完整的加速度载荷信息给出时,基于该方法的辐射声功率的计算误差在1 dB以内;若设备加速度载荷以平均加速度形式给出时,该方法可以给出水下辐射声功率的变化范围。

关键词：机械噪声加速度载荷载荷识别等效载荷模型水声试验

含负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳声振性能分析

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振动与冲击 2018年第18期37卷 138-144页

作者：夏利福杨德庆上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院高新船舶与深海开发装备协同创新中心海洋工程国家重点实验室上海200240

在保证结构承载能力的前提下,设计了含轻量化、减振降噪性能优良的负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳结构,探索将其应用于潜艇动力设备舱舱段,以降低因动力设备引起的振动与噪声。通过调节超材料肋板宽度,可改变双层圆柱壳结构的整体刚度... 详细信息

在保证结构承载能力的前提下,设计了含轻量化、减振降噪性能优良的负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳结构,探索将其应用于潜艇动力设备舱舱段,以降低因动力设备引起的振动与噪声。通过调节超材料肋板宽度,可改变双层圆柱壳结构的整体刚度,调节超材料功能基元壁厚、角度以及基元层数可改变双层圆柱壳结构的隔振及声辐射性能;研究了保持肋板总质量不变条件下,超材料功能基元层数对双层圆柱壳结构隔振与声辐射性能的影响;给出了不同超材料肋板结构宽度、功能基元负泊松比及基元层数下双层圆柱壳结构的强度、固有频率、加速度响应级、振级落差、振动传递率以及辐射声功率。通过与常规双层圆柱壳结构对比,证实了采用负泊松比超材料肋板的双层圆柱壳结构轻量化优势与低噪声性能。

关键词：双层圆柱壳超材料振动声辐射负泊松比材料

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余弦形预制双曲梁非线性隔振器的隔振性能

上海交通大学学报 2019年第7期53卷 852-859页

作者：任晨辉杨德庆上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心船舶海洋与建筑工程学院

设计了中点固结的余弦形预制双曲梁非线性隔振器,以用于船舶设备的主动与被动隔振.给出了余弦形预制双曲梁隔振器所受横向压力-位移关系解析表达式,分别建立了主动与被动隔振系统的非线性振动微分方程,利用谐波平衡法求得近似解析解,并... 详细信息

设计了中点固结的余弦形预制双曲梁非线性隔振器,以用于船舶设备的主动与被动隔振.给出了余弦形预制双曲梁隔振器所受横向压力-位移关系解析表达式,分别建立了主动与被动隔振系统的非线性振动微分方程,利用谐波平衡法求得近似解析解,并与龙格-库塔法的数值解进行比较,给出了力传递率与位移传递率的表达式.同时,研究了在不同的非线性刚度系数、激励幅值、阻尼系数条件下,余弦形预制双曲梁隔振器的力传递率与位移传递率的变化规律.结果表明:谐波平衡法的解析解与龙格-库塔法的数值解基本吻合;所设计的非线性隔振器具有优良的低频隔振效果,其响应和隔振性能与激励幅值和阻尼有关.

关键词：余弦形曲梁隔振器非线性振动谐波平衡法振动传递率

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负泊松比超材料浮筏设计与减振机理研究

中国造船 2018年第3期59卷 144-154页

作者：杨德庆夏利福高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240

提出一种基于负泊松比超材料筏架的新型轻量化浮筏减振装置。建立了浮筏-基座-实船的有限元模型。通过数值计算,在船舶满载出港工况下比较4种浮筏的振级落差、筏体强度及传递到船底板的振级,探讨超材料浮筏在实船上应用的可行性。研究表... 详细信息

提出一种基于负泊松比超材料筏架的新型轻量化浮筏减振装置。建立了浮筏-基座-实船的有限元模型。通过数值计算,在船舶满载出港工况下比较4种浮筏的振级落差、筏体强度及传递到船底板的振级,探讨超材料浮筏在实船上应用的可行性。研究表明,采用负泊松比超材料填充的筏体在某些频段能提高浮筏的振级落差,减小主机传递到机舱船底板的振动强度,可以显著降低筏架重量。负泊松比超材料浮筏结构具有轻量化、高隔振效果、高降噪性能等特点,在船舶动力设备舱室减振中具有重要应用价值。

关键词：负泊松比超材料浮筏振动轻量化