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人工晶体学报 2021年第7期50卷 1378-1385页

作者：孙向洋燕群郭翔鹰中国飞机强度研究所航空声学与动强度航空科技重点实验室西安710065 北京工业大学机械工程学院机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124

基于有限元法对单面柱局域共振声子晶体进行带隙特性分析,研究了结构参数对该类型声子晶体的影响。结果表明:随着散射体高度的增加,单面柱声子晶体的第一完全带隙的起始频率逐渐降低,带宽逐渐增大;随着基板厚度的增大,单面柱声子晶体的... 详细信息

基于有限元法对单面柱局域共振声子晶体进行带隙特性分析,研究了结构参数对该类型声子晶体的影响。结果表明:随着散射体高度的增加,单面柱声子晶体的第一完全带隙的起始频率逐渐降低,带宽逐渐增大;随着基板厚度的增大,单面柱声子晶体的起始频率逐渐升高,截止频率先增大后减小。并且在经典单面柱声子晶体的基础上,组合了两种新型的三组元单面柱声子晶体结构:嵌入式单面柱声子晶体(以下简称结构Ⅰ)和粘接式单面柱声子晶体(以下简称结构Ⅱ)。通过对其带隙特性的分析得出:这两种新结构与经典的单面柱声子晶体相比,都具有更低频的带隙,这对于低频减振降噪是非常有利的。本文的结果将对实际的工程应用提供一定的理论指导。

关键词：单面柱声子晶体有限元法散射体带隙低频减振降噪

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船用夹芯板超结构弯曲波带隙与减振降噪特性研究

船用夹芯板超结构弯曲波带隙与减振降噪特性研究

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作者：訾欢武汉理工大学

学位级别：硕士

随着“海洋强国”战略的不断推进,海上交通行业蓬勃发展,船舶振动辐射噪声污染问题也日趋严峻。2014年国际海事组织(IMO)通过《船上噪声等级规则》,对船舶设计及其减振降噪性能提出了更高要求。船舶振动噪声问题不仅影响船舶的舒适性和... 详细信息

随着“海洋强国”战略的不断推进,海上交通行业蓬勃发展,船舶振动辐射噪声污染问题也日趋严峻。2014年国际海事组织(IMO)通过《船上噪声等级规则》,对船舶设计及其减振降噪性能提出了更高要求。船舶振动噪声问题不仅影响船舶的舒适性和安全性,还会降低船舶的声隐身性能。因此,减振降噪与声隐身技术对于船舶行业高质量发展与国防安全至关重要。传统的船舶减振降噪方法难以满足越来越高的减振降噪要求。声学超材料具有独特的亚波长声波调控与禁带特性,在船舶工业减振降噪和声隐身领域呈现广泛的潜在应用价值。本文以探索新型船舶低频减振降噪与声隐身技术为目标,结合有限元方法与实验方法,研究船用夹芯板以及船用夹芯板超结构弯曲波传播特性,揭示其低频振动带隙与减振降噪机理,推动声学超材料带隙理论在船舶减振降噪与声隐身领域中的应用。本文的主要研究内容和结论如下:首先,开展了船舶减振降噪方法以及声学超材料等领域国内外研究综述,介绍了声学超材料研究涉及到的固体物理学、弹性力学、声学等相关基础理论,对禁带特性有限元计算方法进行介绍并对其正确性进行了验证。其次,根据相似理论原理开展船用夹芯板结构等效设计,建立了船用夹芯板波传播特性数值仿真模型,通过计算其能带结构、振动传输特性以及原胞本征位移场,研究船用夹芯板弯曲波带隙与减振特性,分析了几何参数对弯曲波带隙的影响。研究结果表明,船用夹芯板结构在699-971Hz中高频范围存在弯曲波带隙与振动衰减,带隙产生机理主要是Bragg散射调制作用下入射的弯曲波在各个周期性界面的前后发生来回反射,前向波与返向波发生相消干涉导致的弯曲振动模式消失。实验测试结果验证了船用夹芯板具有中高频弯曲波带隙与减振特性。第三,基于声学超材料带隙理论设计船用夹芯板超结构,结合有限元方法以及实验方法对其弯曲波带隙与减振特性进行了深入研究,揭示了船用夹芯板超结构低频禁带产生机理,探索了其在实船动力系统低频激励源减振降噪中的应用。研究结果表明,船用夹芯板超结构能够在174-286Hz低频范围产生弯曲振动带隙,带隙产生机理主要是由局域共振模态与沿各个方向传播的非对称Lamb波的基本模态与高阶模态之间的相互耦合作用。通过对几何参数的调节,船用夹芯板超结构的弯曲振动禁带频率范围可基本覆盖50-500Hz低频范围,可以有效应用于船舶低频减振降噪与声隐身设计。最后,建立了船用夹芯板超结构声-固-壳耦合模型,研究了船用夹芯板超结构的波传播特性,并与船用夹芯板结构进行对比,结合原胞位移场阐明了船用夹芯板超结构中声波能量流动规律,揭示了其低频带隙与减振降噪作用机制内在机理。研究结果表明,船用夹芯板超结构可以突破质量定律的限制,在低频范围内具有优异的隔声性能,其隔声性能的优劣取决于声场中入射波与结构中弹性波声-固耦合作用机制。本文的研究不仅拓展了声学超材料物理范畴,而且为其在船舶与海洋工程结构减振降噪与舰艇声隐身领域应用奠定了理论基础,具有重要的学术意义和军事战略价值。

关键词：声学超材料船用夹芯板弯曲波带隙低频减振降噪声-固耦合

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螺旋结构声子晶体板带隙特性研究

螺旋结构声子晶体板带隙特性研究

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作者：颜克龙电子科技大学

学位级别：硕士

对振动和噪声的有效抑制是振动工程领域一直以来所追求的目标。近年来,局域共振型声子晶体的提出为低频减振降噪技术的发展提供了全新的思路。凭借可靠性高,频带宽等优势,利用声子晶体实现减振降噪的方法成为了减振降噪领域的研究热点,... 详细信息

对振动和噪声的有效抑制是振动工程领域一直以来所追求的目标。近年来,局域共振型声子晶体的提出为低频减振降噪技术的发展提供了全新的思路。凭借可靠性高,频带宽等优势,利用声子晶体实现减振降噪的方法成为了减振降噪领域的研究热点,受到了学术界和工程界的广泛关注。本文以设计一种具有低频减振特性的声子晶体板为研究目标,提出了一种新型的螺旋结构声子晶体板,并结合能带结构、振动模态和传输特性,对其带隙特性进行了系统和深入的研究。论文主要研究内容和结论如下:首先分析了基于有限元法的声子晶体板带隙特性计算方法,结合能带结构和振动模态,系统研究了板波模态与局域共振模态的耦合作用;然后探究了基板和局域共振单元的参数对弯曲波带隙特性的影响,发现选择杨氏模量较低的材料作基板,基板变薄,适当减小晶格常数,选择密度较高的材料作圆柱,增大圆柱高度,适当减小螺旋结构的宽度均有利于拓宽弯曲波带隙;探究了阻尼对传输特性的影响,发现基板阻尼和螺旋结构阻尼均可以抑制基板的共振峰;最后提出了一种由螺旋角度和圆柱高度梯度变化的局域共振单元所组成的有限周期声子晶体板结构,实现了对低频弯曲波带隙的进一步拓宽,其原理是叠加了每个共振单元的带隙,并且,越靠近响应拾取点的单元,对于整个有限周期结构的影响越明显。通过开展对螺旋结构声子晶体板带隙特性的系统研究,本文最终设计出了一种具有良好的低频减振性能的声子晶体板。该结构的带隙为38.0-289.7 Hz,归一化带宽高达1.536,其传输特性在使用螺旋角度梯度递减的共振单元之后,可进一步优化,使得带隙范围变为36-500 Hz,基本覆盖了低频范围,从而实现了对低频振动的有效抑制。本文的研究成果能为工程上实现低频减振降噪结构的设计提供一定的指导作用,在低频减振降噪领域具有重大意义。

关键词：声子晶体板螺旋结构低频减振降噪振动抑制

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