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Low-frequency bandgap and vibration suppression mechanism of a novel square hierarchical honeycomb metamaterial

Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2024年第10期45卷 1841-1856页

作者： Xingjian DONG Shuo wang anshuai wang Liang wang Zhaozhan ZHANG Yuanhao TIE Qingyu LIN Yongtao SUN State Key Laboratory of Mechanical Systems and Vibration Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China Department of Mechanics Tianjin UniversityTianjin 300350China Tianjin Key Laboratory of Nonlinear Dynamics and Control Tianjin UniversityTianjin 300350China School of Mechanical and Automotive Engineering Guangxi University of Science and TechnologyLiuzhou 545006Guangxi Zhuang Autonomous RegionChina

The suppression of low-frequency vibration and noise has always been an important issue in a wide range of engineering *** address this concern,a novel square hierarchical honeycomb metamaterial capable of reducing low-frequency noise has been *** combining Bloch’s theorem with the finite element method,the band structure is *** results indicate that this metamaterial can produce multiple low-frequency bandgaps within 500 Hz,with a bandgap ratio exceeding 50%.The first bandgap spans from 169.57 Hz to 216.42 *** reveal the formation mechanism of the bandgap,a vibrational mode analysis is *** analysis demonstrates that the bandgap is attributed to the suppression of elastic wave propagation by the vibrations of the structure’s two protruding corners and overall expansion ***,detailed parametric analyses are conducted to investigate the effect ofθ,i.e.,the angle between the protruding corner of the structure and the horizontal direction,on the band structures and the total effective bandgap *** is found that reducingθis conducive to obtaining lower frequency *** propagation characteristics of elastic waves in the structure are explored by the group velocity,phase velocity,and wave propagation ***,the transmission characteristics of a finite periodic structure are investigated *** results indicate significant acceleration amplitude attenuation within the bandgap range,confirming the structure’s excellent low-frequency vibration suppression capability.

关键词： wave propagation vibration suppression metamaterial low-frequency bandgap

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Ultra-wide band gap and wave attenuation mechanism of a novel star-shaped chiral metamaterial

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2024年第7期45卷 1261-1278页

作者： Shuo wang anshuai wang Yansen WU Xiaofeng LI Yongtao SUN Zhaozhan ZHANG Qian DING G.D.AYALEW Yunxiang MA Qingyu LIN Department of Mechanics Tianjin UniversityTianjin300350China Tianjin Key Laboratory of Nonlinear Dynamics and Control Tianjin UniversityTianjin300350China State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology Yanshan UniversityQinhuangdao066004Hebei ProvinceChina

A novel hollow star-shaped chiral metamaterial(SCM)is proposed by incorporating chiral structural properties into the standard hollow star-shaped metamaterial,exhibiting a wide band gap over 1500 *** broaden the band gap,solid single-phase and two-phase SCMs are designed and simulated,which produce two ultra-wide band gaps(approximately 5116 Hz and 6027 Hz,respectively).The main reason for the formation of the ultra-wide band gap is that the rotational vibration of the concave star of two novel SCMs drains the energy of an elastic *** impacts of the concave angle of a single-phase SCM and the resonator radius of a two-phase SCM on the band gaps are *** the concave angle leads to an increase in the width of the widest band gap,and the width of the widest band gap increases as the resonator radius of the two-phase SCM ***,the study on elastic wave propagation characteristics involves analyzing frequency dispersion surfaces,wave propagation directions,group velocities,and phase ***,the analysis focuses on the transmission properties of finite periodic *** solid single-phase SCM achieves a maximum vibration attenuation over 800,while the width of the band gap is smaller than that of the two-phase *** metamaterials exhibit high vibration attenuation capabilities,which can be used in wideband vibration reduction to satisfy the requirement of ultra-wide frequencies.

关键词： metamaterial ultra-wide band gap wave propagation vibration suppression

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类星型手性超材料超宽带隙特性研究

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航空工程进展 2024年第5期15卷 179-190页

作者：王硕燕群延浩孙永涛王安帅张昭展丁千王梁天津大学天津市非线性动力学与控制重点实验室天津300350 中国飞机强度研究所航空声学与振动航空科技重点实验室西安710065

振动和噪声的抑制一直是工程中的重要问题,而超材料在实现减振降噪方面具有良好的应用价值。基于传统空心星型超材料,添加手性结构特性,设计一种新型的空心类星型手性超材料,并在其基础上进一步演化出实心类星型手性超材料。通过振动模... 详细信息

振动和噪声的抑制一直是工程中的重要问题,而超材料在实现减振降噪方面具有良好的应用价值。基于传统空心星型超材料,添加手性结构特性,设计一种新型的空心类星型手性超材料,并在其基础上进一步演化出实心类星型手性超材料。通过振动模态分析带隙产生机理和不同结构参数对带隙的影响,通过频散曲面、波传播方向、群速度和相速度等研究弹性波在结构中的传播特性,并研究有限周期结构的传输特性。结果表明:实心类星型手性超材料可以产生宽度为5116 Hz的超宽带隙,带隙形成主要是由于凹角星和韧带的旋转振动耗散了弹性波能量,内凹角α的减小以及韧带与水平方向的夹角θ的增大使得最宽带隙的宽度增大;有限周期结构在其带隙范围内可以产生明显的位移幅值衰减,该新型超材料具有良好的隔振性能。

关键词：超材料超宽带隙群速度相速度振动抑制

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高速冲击下压裂液颗粒对压裂泵胶圈的冲蚀磨损

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灌溉排水学报 2024年第9期43卷 66-74页

作者：李煜张杰王安帅韩洪阁刘聪曾兴昌周小明于学会西南石油大学机电工程学院成都610500 天津大学天津市非线性动力学与控制重点实验室天津300350 国家油气钻井装备工程技术研究中心陕西宝鸡721002 西安建筑科技大学理学院西安710055

【目的】研究压裂泵的泵阀胶皮冲蚀磨损的影响因素。【方法】采用有限元软件COMSOL建立3 500 HP压裂泵液力端阀体流域模型,分析颗粒浓度、颗粒直径以及阀体锥角等因素对胶圈冲蚀磨损的影响。利用有限元软件ABAQUS建立胶皮的单颗粒和多... 详细信息

【目的】研究压裂泵的泵阀胶皮冲蚀磨损的影响因素。【方法】采用有限元软件COMSOL建立3 500 HP压裂泵液力端阀体流域模型,分析颗粒浓度、颗粒直径以及阀体锥角等因素对胶圈冲蚀磨损的影响。利用有限元软件ABAQUS建立胶皮的单颗粒和多颗粒冲蚀力学模型,分析颗粒形状、冲蚀速度、冲击角度和冲击次数等因素对冲蚀磨损性能的影响。【结果】(1)为改善胶圈磨损状态,阀体锥角最好不要小于70°;颗粒浓度越小,胶圈的磨损程度越低;固体颗粒直径增大2倍时,两相速度增加25%左右,对泵阀的磨损影响不大。(2)随着冲蚀速度的增加,冲蚀磨损程度也增大;胶皮在低攻角下更易吸收尖锐颗粒的能量,而在90°冲击下更易吸收圆钝颗粒的能量;多次冲击作用下,圆钝颗粒会导致胶皮疲劳失效,而尖锐颗粒则导致材料表面拉伸失效。【结论】对于3 500 HP压裂泵,可通过降低固相浓度,增大阀锥角以及减少固体颗粒的尖锐程度等方法减少胶圈的冲蚀磨损。

关键词：压裂泵泵阀胶皮冲蚀磨损

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压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究

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润滑与密封 2023年第5期48卷 16-22页

作者：王安帅于学会曾兴昌周小明杨雷宇西南石油大学机电工程学院四川成都610500 国家油气钻井装备工程技术研究中心陕西宝鸡721000

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用... 详细信息

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明:随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。

关键词：压裂泵滑动轴承间隙流场分析流体动压润滑

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