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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

惯性增强动力吸振器-浮置板轨道低频减振性能研究

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铁道学报 2024年

作者：张群程志宝石志飞北京交通大学土木建筑工程学院智能材料与结构研究所北京交通大学结构风工程与城市风环境北京市重点实验室中国建筑科学研究院有限公司北京构力科技有限公司

浮置板轨道(Floating Slab Track，FST)对低频车轨耦合振动具有放大作用，由此引起的低频环境振动难以解决。引入惯性增强动力吸振系统(Inerter Enhanced Dynamic Vibration Absorber，IDVA)，提出带有IDVA的FST，即FST-IDVA，以减小... 详细信息

浮置板轨道(Floating Slab Track，FST)对低频车轨耦合振动具有放大作用，由此引起的低频环境振动难以解决。引入惯性增强动力吸振系统(Inerter Enhanced Dynamic Vibration Absorber，IDVA)，提出带有IDVA的FST，即FST-IDVA，以减小列车移动荷载下的低频振动影响。理论分析给出浮置板轨道结构等效单自由度系统；考虑轮轨激励随机性，应用H2优化理论给出IDVA的设计参数理论解；数值模拟开发一种MATLAB-ANSYS联合仿真技术，应用该技术计算8编组列车运行过程中的车轨耦合动力响应。对比无动力吸振器和普通动力吸振器，验证惯性增强动力吸振器对浮置板轨道低频振动的抑制性能。研究结果表明，移动车辆荷载作用下，应用惯性增强动力吸振器后，FST板在其基频处的加速度响应、钢弹簧支反力、单块板传往基础的合力均得到有效减小。惯容器的动态质量效果使吸振器与FST之间的相对位移减小大于50%。该技术可在浮置板轨道有限空间内实现更好的低频减振性能。

关键词：浮置板轨道动力吸振器惯容器车轨耦合低频减振

基于非光滑系统的局域共振声子晶体结构动态特性研究

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振动与冲击 2021年第22期40卷 28-34页

作者：何超高海峰徐慧东李志强太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

基于扭转振动结构,研究了非线性局域共振声子晶体的动态特性及含非光滑碰撞系统单胞对混沌带隙产生的作用机理。非线性局域振子由安装于轴上的圆盘、轴承、线性弹簧、碰撞杆构成。一方面,在特定频率范围内,各个单胞产生共振同时与轴体... 详细信息

基于扭转振动结构,研究了非线性局域共振声子晶体的动态特性及含非光滑碰撞系统单胞对混沌带隙产生的作用机理。非线性局域振子由安装于轴上的圆盘、轴承、线性弹簧、碰撞杆构成。一方面,在特定频率范围内,各个单胞产生共振同时与轴体之间扭转波相互耦合作用,可以在低频范围内打开多条线性共振带隙;另一方面,基于碰撞机构的非光滑系统会给振子带来非线性动力学特性,在低频范围产生混沌带隙。采用传递矩阵法计算一维声子晶体扭转振动在线性范围内的能带结构,并与试验结果进行对照验证;通过分析单胞的非线性动力学行为阐明系统出现混沌带隙的频率范围,并进行了试验验证。研究结果表明,该结构不仅在线性特性下在多个频率范围内有明显抑振效果,其混沌特性也可以使结构在更低频范围实现减振特性。

关键词：扭转振动声子晶体非光滑系统混沌带隙低频减振

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超结构夹芯板及其低宽频振动带隙机理

西安交通大学学报 2021年第4期55卷 77-85页

作者：李锁斌魏儒义周安安李丽霞何彦斌李欣西安石油大学机械工程学院西安710065 中国科学院光谱成像技术重点实验室西安710119 西安建筑科技大学机电工程学院西安710055 西安交通大学机械工程学院西安710049 低渗透油气田勘探开发国家工程实验室西安710018

针对厚板类结构的低频减振问题,将超材料/结构概念引入夹芯板中,提出了一种夹芯型超板——超结构夹芯板,其结构主要由夹芯型周期基板和内嵌于其中的夹芯型周期振子组成,具有轻质、高刚度、厚尺度和低宽频振动带隙特性。对其减振机理进... 详细信息

针对厚板类结构的低频减振问题,将超材料/结构概念引入夹芯板中,提出了一种夹芯型超板——超结构夹芯板,其结构主要由夹芯型周期基板和内嵌于其中的夹芯型周期振子组成,具有轻质、高刚度、厚尺度和低宽频振动带隙特性。对其减振机理进行理论研究发现:夹芯型周期基板的振动模式与夹芯振子的振动模式依据模态叠加原理分别主导系统响应,当二者的主模态相互耦合时,振子通过抑制夹芯型周期基板的主模态,使夹芯型超板中不产生波传播模式,形成振动带隙;夹芯振子的刚度模式是影响带隙特性的主要因素,当其为混合刚度模式时,可实现带隙位置和带隙宽度一起调节,形成低宽频振动带隙。仿真结果表明:所设计的夹芯振子具有串并联刚度特性,致使振子中出现了两种刚度模式,分别对带隙位置和带隙宽度同时进行调节,最终于低频处将完全带隙扩宽了7倍。实验结果表明,所提出的夹芯型超板集夹芯板与超材料/结构二者优点于一体,实现了力学承载和低频带隙减振的统一,具有较好的低宽频减振特性,为厚板类结构的低频减振提供了新思路与方法。

关键词：夹芯板超结构振动带隙低频减振超材料

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

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

三维立方晶格周期超结构的带隙机理及减振特性研究

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三维立方晶格周期超结构的带隙机理及减振特性研究

作者：邬晨巍中南大学

学位级别：硕士

轨道交通列车在运行过程中产生的振动会对列车自身性能和乘客舒适性产生重要影响。车内低频振动控制一直未取得较好的效果,周期超结构的出现为其提供了一种新的思路。本文提出一种三维立方晶格周期超结构,围绕其带隙规律、减振机理以及... 详细信息

轨道交通列车在运行过程中产生的振动会对列车自身性能和乘客舒适性产生重要影响。车内低频振动控制一直未取得较好的效果,周期超结构的出现为其提供了一种新的思路。本文提出一种三维立方晶格周期超结构,围绕其带隙规律、减振机理以及车内应用探索采用理论计算、仿真模拟、试验验证相结合的方法针对其减振特性展开深入研究。基于晶格动力学建立两种简单三维质量-弹簧模型研究其带隙特征。针对两种结构的带隙特性,通过计算其色散关系以及计算有限周期结构的传输特性,得到了两种结构的带隙特征并且验证了带隙的正确性。观察带隙上下边界质量块的移动揭示带隙形成机理。通过数值仿真分析计算连续结构的减振特性验证理论模型的正确性。计算连续结构的色散关系并分析低频以及上下边界特征模态,与质量-弹簧模型对比验证理论研究的准确性。讨论不同几何参数对带隙频率及范围的影响,进一步阐明带隙上下边界变化的规律。基于简单三维立方晶格周期超结构模型,引入局域共振质量提出体心立方局域共振和面心立方局域共振两种结构。通过其色散关系和带隙上下边界的本征模态研究带隙形成机理。研究局域共振子边长和连接局域共振子韧带宽对带隙上下边界及宽度的影响。通过对比,体心立方结构比面心立方结构在低频减振方面的效果更好,在低频打开了一条归一化频率为0.011-0.015的全向带隙。探索三维周期超结构作为减振块在实际列车地板系统中的减振效果。模拟列车地板减振系统,计算地板所受载荷,分析减振系统分别在列车满载和空载时最大下沉量以及最大应力,探索超结构减振块在地板减振应用的可行性。进行振动传输特性试验,验证三维立方晶格周期超结构的减振特性。与现有橡胶减振器对比,在相同周期条件下,超结构减振块由于其带隙特性,在带隙范围内对振动的衰减效果比橡胶减振器更好,对推进周期超结构在列车地板减振的应用具有重要意义。图62幅,表16个,参考文献93篇

关键词：轨道交通列车三维低频减振周期超结构带隙特性

弧形星型手性结构波传播特性与面内冲击性能仿真研究

同方学位论文库评论

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弧形星型手性结构波传播特性与面内冲击性能仿真研究

作者：张坤燕山大学

学位级别：硕士

轻量化的手性超材料具有良好的隔振性能,可以在低频范围内抑制弹性波的传播;内凹型超材料的冲击能量吸收能力很强,可以用作抗冲击材料减小结构受力破坏。本文结合手性和内凹型的结构特点,提出了二维弧形星型手性结构。本文从声学隔振和... 详细信息

轻量化的手性超材料具有良好的隔振性能,可以在低频范围内抑制弹性波的传播;内凹型超材料的冲击能量吸收能力很强,可以用作抗冲击材料减小结构受力破坏。本文结合手性和内凹型的结构特点,提出了二维弧形星型手性结构。本文从声学隔振和力学冲击两方面对二维弧形星型手性结构特性进行了研究。首先,通过有限元软件模拟出了结构的能带图,研究带隙边界的振型模态,分析带隙的产生机理。并且分析了波衰减特性与结构几何参数、材料参数之间的关系,发现圆弧的半径和连接杆的偏转角度对结构带隙的频率范围具有显著影响。之后,模拟计算了该结构的色散面、群速度和相速度,探讨了平面内弹性波定向衰减特点以及色散曲线中能量的流动方向,发现结构中能量流动呈现各向异性。在特定的频率范围内,等效介质参数满足横波和纵波产生负折射的条件,因此该结构还具有双负特性。本文设置了二维弧形星型手性周期性板结构,通过传输损耗的有限元模拟对结构的滤波性能进行了验证。最后,对结构试件进行了面内冲击仿真模拟,分析了冲击速度对平台应力、密实化应变以及结构动态响应的影响,研究了结构变形过程中的能量吸收特点。本文还设置了不同半径以及半径梯度、不同角度以及角度梯度的试件,研究结构参数对能量吸收的影响。结果表明,设计的二维弧形星型手性结构不仅具有良好的声学性能,还具有抗冲击性能。这种构型简单、单相轻质的结构,在声学方面具有低频宽带隙和双负特性;同时,结构在冲击荷载作用下会表现出负泊松比效应,具有良好的能量吸收效果。这种超材料可以用来制造轻质声透镜和滤波器等声学器件,在结构的减振降噪和抗冲击方面也会有广阔的应用前景。

关键词：单相声学超材料低频减振波传播特性双负特性面内冲击