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TID隔振器浮置板轨道低频减振特性研究

工程力学 2023年第5期40卷 49-58页

作者：盛曦曾会柯石灿张颖杜彦良深圳大学城市智慧交通与安全运维研究院深圳518060

为了实现对地铁低频环境振动的控制,提出了一种基于TID(Tuned inerter damper,调谐惯容阻尼器)的浮置板板下隔振器,并以此形成新型浮置板轨道结构。分别探究了TID隔振器浮置板轨道的低频弹性波传播特性、简谐点荷载作用下振动特性以及... 详细信息

为了实现对地铁低频环境振动的控制,提出了一种基于TID(Tuned inerter damper,调谐惯容阻尼器)的浮置板板下隔振器,并以此形成新型浮置板轨道结构。分别探究了TID隔振器浮置板轨道的低频弹性波传播特性、简谐点荷载作用下振动特性以及列车荷载作用下减振效果;结合多目标遗传算法,开展了TID参数优化分析。结果表明:TID的引入使得传统钢弹簧浮置板新增弯曲波带隙,实现了对板内弹性波的调控;浮置板低频共振所致的振动放大问题得到较大改善。TID隔振器浮置板轨道在4 Hz~16 Hz频率范围内的减振效果得以提升,浮置板振动响应也得到减弱。

关键词：浮置板轨道惯容器低频减振带隙特性谱元法

基于力电耦合超材料的圆柱壳结构低频减振方法研究

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同济大学学报（自然科学版） 2022年第11期50卷 1557-1566页

作者：易凯军尹丹杰张安付朱睿北京理工大学宇航学院北京100081 武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064

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... 详细信息

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。

关键词：压电材料超材料圆柱壳低频减振参数优化

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声子晶体型浮置板轨道低频减振性能研究

振动与冲击 2022年第12期41卷 36-42,107页

作者：盛曦曾会柯石灿杜彦良深圳大学城市智慧交通与安全运维研究院深圳518060

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... 详细信息

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。

关键词：声子晶体带隙特性谱元法低频减振

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多振子耦合周期超结构低频减振优化设计

多振子耦合周期超结构低频减振优化设计

作者：董晓红中南大学

学位级别：硕士

提出多种不同局域共振振子耦合的周期超结构,采用理论研究、数值分析和实验验证相结合的方法对其带隙机理、带隙规律、减振优化设计以及实际应用开展研究,得到优化后的具有低频宽带隙特性的周期超结构,并将其综合应用于地铁列车地板进... 详细信息

提出多种不同局域共振振子耦合的周期超结构,采用理论研究、数值分析和实验验证相结合的方法对其带隙机理、带隙规律、减振优化设计以及实际应用开展研究,得到优化后的具有低频宽带隙特性的周期超结构,并将其综合应用于地铁列车地板进行低频宽带减振。完成不同混串并耦合周期超结构的带隙机理和特性研究。基于一维单振子周期超结构,通过增加振子及改变振子配置的方式提出一维多振子串联、并联和混联耦合周期超结构。利用集中质量法计算每种周期超结构的色散关系并分析带隙特性。通带和带隙频率范围内,分别研究三类周期超结构单胞中各质量块位移大小和方向来阐明带隙机理,进行参数分析,讨论影响带隙的关键因素。相同质量和刚度条件下,比较三类周期超结构的带隙范围,结果表明多振子混串耦合周期超结构Ⅱ带隙起始频率比单振子周期超结构低14.5%,宽81%。多振子混并耦合周期超结构Ⅱ的带隙比单振子周期超结构宽163%。提出二维风车型周期超结构,通过其色散关系和本征模态研究带隙机理。比较不同数量、对称性和结构参数下风车型周期超结构的带隙特性。结果表明手性风车型周期超结构的带隙起始频率比对称风车型周期超结构低23.08%。手性风车型周期超结构的总带隙宽度比对称风车型周期超结构宽50%。对二维对称风车型周期超结构在地铁列车上的低频减振应用进行探索,经数值分析和振动实验得出对称风车型周期超结构在较宽的频带内对200 Hz以下的低频振动具有良好的抑制效果,文中结果对推进周期超结构在低频减振的应用具有重要意义。图72幅,表9个,参考文献100篇。

关键词：低频减振周期超结构带隙特性振动特性本征模态

含阿基米德螺旋线单相周期结构的低频减振特性研究

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含阿基米德螺旋线单相周期结构的低频减振特性研究

作者：高浩强天津大学

学位级别：硕士

为实现单相减振和轻量化的双重需求,针对500Hz以下的低频减振问题,提出一类含阿基米德螺旋线的轻质单相周期结构,主要研究对象为含阿基米德螺旋线的二维声子晶体(TDPCAS)和含阿基米德螺旋线的声子晶体板(PCPAS)。通过改变螺旋控制方程... 详细信息

为实现单相减振和轻量化的双重需求,针对500Hz以下的低频减振问题,提出一类含阿基米德螺旋线的轻质单相周期结构,主要研究对象为含阿基米德螺旋线的二维声子晶体(TDPCAS)和含阿基米德螺旋线的声子晶体板(PCPAS)。通过改变螺旋控制方程获得影响螺旋线形态的5个独立几何参数。根据结构在色散曲线上的模态振型揭示了两种结构的低频带隙产生机理,在此基础上分析了材料参数、螺旋线排布方式和几何参数对低频带隙宽度和位置的调控规律,以增强结构对弹性波的衰减性能。基于频散曲面、群速度、相速度和波传播方向等指标,对两种结构的前三条带隙附近频散曲面上弹性波传播时的方向衰减机制进行深入研究。利用传输损失实验和有限元模拟验证有限周期情况下合理设计的两种结构在带隙频段范围内对弹性波的衰减效应。结果表明,引入阿基米德螺旋线的单相周期结构具有良好共振特性,螺旋线的共振吸能使其可在500Hz以下打开多条低频带隙。带隙的宽度和位置与杨氏模量和泊松比呈正比,与密度呈反比,且有限尺寸内增加圈距、匝数和内径的值可以显著降低带隙频率。PCPAS周期结构中由于具有较多的方向带隙,弹性波在不同模态上传播时展现出更多的各向异性,而不同频率下TDPCAS结构中弹性波的传播方向和传播区域变化性要更强。实验和模拟频谱图的衰减峰与带隙频段具有良好的一致性,证实了含阿基米德螺旋线的单相周期结构可以在小尺寸下实现低频减振。因此,我们的工作为航空航天工业中的低频振动控制提供了一个低成本的解决方案。

关键词：阿基米德螺旋线蜂窝结构声子晶体带隙低频减振

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轻质惯性放大超结构低频减振特性研究

轻质惯性放大超结构低频减振特性研究

作者：李浩中南大学

学位级别：硕士

列车运行过程中产生的振动会降低人员舒适性并影响设备工作性能,已成为制约我国轨道交通进一步发展的瓶颈问题之一。低频振动因其与刚度、质量的制约关系,一直是振动控制领域中亟需解决的难题。研究发现,超结构带隙能阻隔弹性波传播,但... 详细信息

列车运行过程中产生的振动会降低人员舒适性并影响设备工作性能,已成为制约我国轨道交通进一步发展的瓶颈问题之一。低频振动因其与刚度、质量的制约关系,一直是振动控制领域中亟需解决的难题。研究发现,超结构带隙能阻隔弹性波传播,但存在低频带隙附加质量过大等问题;惯性放大结构可以结构使动态等效质量大于实际质量。基于超结构带隙理论,本文通过设计具有惯性放大效应的杆梁板类超结构,以达到轻质低频减振的效果,主要研究内容如下:提出一种由质量-弹簧-连杆组成的惯性放大X型超结构,分析其带隙产生机理和振动特性。根据Bloch定理,得到色散关系以及带隙上下边界的解析表达式,分析带隙的调控规律和惯性放大作用机制。计算有限周期结构的传输特性,验证带隙范围预测的准确性。观察有限周期结构的振动位移,解释带隙的形成机理。通过异质基元构成二自由度单胞,进一步降低带隙范围。计算波包激励入射下有限周期结构的动态响应,以验证超结构在衰减宽频激励方面的效果。将质量-弹簧-连杆组成具有惯性放大效应的谐振器,附加在双层梁之间构成超结构梁,采用谱元法分析其低频带隙特性。谱元法方法是一种高效、精确和可靠的解析建模方法。通过组装单元谱刚度矩阵并应用Bloch定理建立周期性边界条件下的原胞运动方程,采用Wittrick-Williams算法计算带隙重要表征参数,完善谱元法有关超结构的带隙及振动特性计算方法体系。通过多体动力学数值仿真验证谱元法的有效性和准确性,该方法可在保证计算效率比有限元高一个数量级的情况下精确地捕捉频散关系。结合仿真模态解释带隙的形成机理,分析结构参数对带隙范围的影响,建立带隙的参数调控方案。构建带有柔性铰链的一体化惯性放大超结构,分析其能带结构、振动模态以及对弹性波的衰减作用。采用3D打印光固化技术制备试验样件,通过静拉试验获得样件的材料属性。搭建振动测试平台,进行振动特性测试,验证仿真结果。初步探索三维惯性放大超结构作为双层板夹层,以及二维惯性放大超结构作为地板减振器在列车地板减振系统中的应用前景。结果表明:在相同质量和刚度下,相对于局域共振双层板,惯性放大双层板能产生更加低频的弹性波衰减区间;结合超材料的带隙特性,相对于传统橡胶减振器,惯性放大减振器地板减振系统在满足刚度需求的情况下具有更加优异的减振效果;地板减振系统振动试验结果可验证超结构减振器中带隙特性的存在。本论文期望为超结构在列车车体减振降噪中的应用提供新的理论支撑和技术途径。图71幅,表14个,参考文献101篇

关键词：低频减振惯性放大超结构带隙特性振动特性

一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性

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物理学报 2016年第6期65卷 205-215页

作者：吴健白晓春肖勇耿明昕郁殿龙温激鸿国网陕西省电力公司电力科学研究院西安710054 国防科学技术大学机电工程与自动化学院装备综合保障技术重点实验室长沙410073

设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构,该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成.由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用,这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带);带隙频率... 详细信息

设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构,该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成.由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用,这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带);带隙频率范围内的板弯曲波会被禁止传播,利用带隙可以实现对薄板的多个目标频率处低频减振.本文针对这种局域共振型板结构进行了简化,并基于平面波展开法建立了其弯曲波带隙计算理论模型;基于该模型,结合具体算例进行了带隙特性理论分析.设计、制备了一种存在两个低频弯曲波带隙的局域共振型板结构样件,通过激光扫描测振仪测试证实该结构存在两个低频带隙,在带隙频率范围的板弯曲振动被显著衰减.

关键词：局域共振声子晶体板弯曲波带隙低频减振

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弹性体反共振俘能器设计方法与减振机理研究

中国舰船研究 2024年

作者：王博涵杨德庆中船邮轮科技发展有限公司研究开发部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交通大学船舶海洋与建筑工程学院

[目的]借鉴声学黑洞与反共振原理，研究并设计一种多频域减振的弹性体反共振俘能器。[方法]首先，通过调节俘能器的结构参数，精确实现动力设备振源以及传递路径上的低频及中频减振，以弥补传统声学黑洞结构低频减振效果的不足。然后，... 详细信息

[目的]借鉴声学黑洞与反共振原理，研究并设计一种多频域减振的弹性体反共振俘能器。[方法]首先，通过调节俘能器的结构参数，精确实现动力设备振源以及传递路径上的低频及中频减振，以弥补传统声学黑洞结构低频减振效果的不足。然后，应用Rayleigh能量法推导该俘能器的基频解析解，将特殊设计的俘能器应用于典型船舶板架减振并验证减振效果。最后，根据计算结果分析俘能器的减振规律，对其进行相应改良，并设计实验用的板架，计算改良后的俘能器的减振效果。[结果]结果表明，安装九层俘能器的机舱板架在其一阶共振频率附近的平均振动速度级减小了约8.7 dB，频响曲线在共振频率处的峰值有一个宽频带范围的削减。改良后的俘能器可以通过合理调节附加质量的大小和位置，使更多阶模态参与到结构的减振中。[结论]与传统内嵌式声学黑洞结构相比，所提出的弹性体反共振俘能器具有附加质量小、不破坏结构强度的特点，可以任意组合设计，在船舶低频段进行针对性减振降噪方面具有很好的应用价值。

关键词：反共振俘能器声学黑洞 Rayleigh能量法局域共振低频减振

基于调谐黏滞质量阻尼器的浮置板轨道低频减振方法

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中国科学：技术科学 2021年第11期51卷 1391-1400页

作者：韦玮朱胜阳翟婉明张庆铼西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031

本文运用调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)控制系统的力学特征和工作原理,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-TVMD浮置板轨道的垂向耦合动力学模型,仿真分析了车辆-TVMD浮置板轨道垂向耦合系统的动力响应特征... 详细信息

本文运用调谐黏滞质量阻尼器(tuned viscous mass damper,TVMD)控制系统的力学特征和工作原理,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-TVMD浮置板轨道的垂向耦合动力学模型,仿真分析了车辆-TVMD浮置板轨道垂向耦合系统的动力响应特征,并与传统钢弹簧浮置板轨道系统对比,探明了TVMD系统对浮置板轨道减振性能的影响规律.结果表明,应用TVMD系统使浮置板轨道在2~8 Hz频段的加速度振级明显降低,且原钢弹簧浮置板轨道在固有频率10 Hz处附近的振动放大行为得到有效缓解,即在保证中高频段减振性能的同时,TVMD系统提高了既有隔振器以及轨道系统的隔振频率范围和低频减振效果;增加惯性放大系数可提高TVMD系统的低频减振效果,但过大的惯性放大系数会使TVMD系统内部振动的回复速度降低,产生滞后位移,从而导致钢轨和浮置板位移后峰值的放大.

关键词：调谐黏滞质量阻尼器浮置板轨道惯容器车辆-轨道耦合动力学低频减振