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基于高斯展开法的碟形声学黑洞宽频调谐减振机理研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 291-298,342页

作者：丁媛施凯耀郑玲重庆大学机械与运载工程学院机械传动国家重点实验室重庆400044

近年来,嵌入式声学黑洞(acoustic black holes,ABH)以其优异的性能,在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景,但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。提出一种碟形声学黑洞(dish-shaped acoustic black hole,D... 详细信息

近年来,嵌入式声学黑洞(acoustic black holes,ABH)以其优异的性能,在结构减振降噪、声波调控、能量回收等领域展示了广阔的应用前景,但其局部结构强度弱化会影响其工程实用性。提出一种碟形声学黑洞(dish-shaped acoustic black hole,DABH)结构,将其附加在主体结构上,以实现对主体结构的宽频减振。在Rayleigh-Ritz法框架下,选择高斯函数作为基函数,根据声学黑洞板的形状确定基函数的分布,避免质量和刚度矩阵的奇异化,建立了其耦合系统半解析模型。通过与有限元模态分析结果的对比,验证了半解析建模方法的正确性。研究了碟形声学黑洞结构参数以及连接位置对主体结构振动响应特性的影响规律,分析了碟形声学黑洞的ABH效应以及与主体结构的耦合效应,揭示了其宽频调谐减振的机理,为拓展声学黑洞在宽频结构振动控制上的应用提供了新的思路。

关键词：声学黑洞(ABH) 减振高斯展开法动态吸振器效应

弹性车轮对大跨斜拉桥车桥耦合振动的抑制特性

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吉林大学学报（工学版） 2023年第9期53卷 2519-2532页

作者：陈兆玮蒲前华重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

为了从动力学角度探明地铁车辆-桥梁(特别是大跨斜拉桥)系统对弹性车轮的适应性,本文开展了大跨斜拉桥上弹性车轮对地铁车桥系统振动的影响及抑制特性研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑弹性车轮的地铁车辆-大跨斜拉桥系统... 详细信息

为了从动力学角度探明地铁车辆-桥梁(特别是大跨斜拉桥)系统对弹性车轮的适应性,本文开展了大跨斜拉桥上弹性车轮对地铁车桥系统振动的影响及抑制特性研究。基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑弹性车轮的地铁车辆-大跨斜拉桥系统耦合动力学模型;借助该模型,研究了长-短波不平顺联合激扰下弹性车轮对地铁车辆和大跨斜拉桥的振动特性的影响,并从时-频域角度探明了弹性车轮对地铁车辆-大跨斜拉桥系统的减振效果。研究结果表明:当地铁车辆通过大跨斜拉桥时,弹性车轮能有效降低轮轨作用力以及车轮和轴箱的振动;与传统刚性车轮相比,弹性车轮轮箍振动最剧烈,传统刚性车轮振动其次,而弹性车轮轮芯振动最小;基于本文所采用的弹性车轮动力学参数,弹性车轮的振动卓越频率集中在10~50 Hz,且在25Hz左右存在峰值;桥梁垂向和横向振动主频均在1 Hz左右,且弹性车轮能有效降低大跨斜拉桥的中、低频振动。

关键词：车辆工程弹性车轮大跨斜拉桥时-频分析减振

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面向减振降噪应用的声学超构材料研究进展

机械工程学报 2023年第19期59卷 277-298页

作者：肖勇王洋赵宏刚郁殿龙温激鸿国防科技大学智能科学学院长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室长沙410073

声学超构材料是由阵列化的人工微结构单元构筑的复合声学材料/结构。通过对声学超构材料中的微结构单元及其排布方式进行调控设计,可以实现对声波/弹性波(可视为固体中的声波)的人为高效操控,使其表现出超常的减振降噪性能及优势。当前... 详细信息

声学超构材料是由阵列化的人工微结构单元构筑的复合声学材料/结构。通过对声学超构材料中的微结构单元及其排布方式进行调控设计,可以实现对声波/弹性波(可视为固体中的声波)的人为高效操控,使其表现出超常的减振降噪性能及优势。当前,声学超构材料研究已成为机械工程、声学、力学、材料学、物理学等多学科交叉领域关注的热点方向。针对机械工程领域关注的装备振动与噪声控制技术背景,重点综述面向减振降噪应用的声学超构材料研究进展,分别从减振、隔声、吸声等功能应用需求出发,回顾国内外相关声学超构材料的研究进展,并指出当前研究不足,展望未来发展趋势,为推动声学超构材料在减振降噪领域的应用提供借鉴和参考。

关键词：声学超构材料减振隔声吸声低频

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东平水道特大桥并联混合式减振方案研究

铁道学报 2023年第11期45卷 173-180页

作者：郑成成陈永祁郑久建欧阳辉来马良喆陈刚燕山大学河北秦皇岛066004 北京奇太振控科技发展有限公司北京100037 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

为增强桥梁结构的抗震能力和耐久性,针对大跨度铁路桥梁车致振动及地震响应的动力特点,以东平水道特大桥为工程背景,提出一种并联混合式减振方案,研究黏滞阻尼器对纵向滑移体系桥梁地震响应的控制效果,分析不同控制体系对列车荷载引起... 详细信息

为增强桥梁结构的抗震能力和耐久性,针对大跨度铁路桥梁车致振动及地震响应的动力特点,以东平水道特大桥为工程背景,提出一种并联混合式减振方案,研究黏滞阻尼器对纵向滑移体系桥梁地震响应的控制效果,分析不同控制体系对列车荷载引起结构响应的影响。研究结果表明,黏滞阻尼器能显著减小大跨度铁路桥的地震结构位移和内力响应;泄压阀锁定装置对列车制动力和行车荷载的抑振能力优于黏滞阻尼器;当黏滞阻尼器和泄压阀锁定装置协同工作时,在降低二者出力值的同时可实现对列车荷载更好的控制效果,由于传力路径的改变,控制后的墩底剪力和弯矩均有所增大,但锁定装置的增大效应更小。

关键词：铁路桥地震列车荷载并联设置减振

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双向人群流疏导的人行桥减振控制研究

湖南大学学报:自然科学版 2023年第9期50卷 176-185页

作者：朱前坤卫晓妮杜永峰兰州理工大学防灾减灾研究所甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

提出了通过布置障碍物进行双向人群流的疏导来控制结构振动的方法.利用考虑行人自停和减速避让的改进后的社会力模型对双向人群运动进行仿真模拟,将每个行人视为MSD模型建立人-结构相互作用的耦合系统以及振动控制方程,计算结构的振动响... 详细信息

提出了通过布置障碍物进行双向人群流的疏导来控制结构振动的方法.利用考虑行人自停和减速避让的改进后的社会力模型对双向人群运动进行仿真模拟,将每个行人视为MSD模型建立人-结构相互作用的耦合系统以及振动控制方程,计算结构的振动响应.以实验室人行桥为算例,研究布置障碍物对行人步行特性的改变和对结构振动的影响,并从能量的角度解释了减振机理.算例结果表明,当双向人群密度超过0.6人/m^(2)时引起的结构振动会导致行人产生不适感,在人行桥上布置4个障碍物后,双向分别有1人和2人的工况下减振率达到12.4%和13.1%,且输入结构的能量大幅降低,结构输出的质量动能、粘滞阻尼能和弹性应变能降低率分别达到38.46%、67.48%和50.68%.研究内容可为大跨人行桥的减振方法提供思路.

关键词：人行桥减振社会力模型障碍物能量

面向微振信号的驻极体减振俘能装置设计与建模

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力学学报 2023年第1期55卷 169-181页

作者：刘国平杨朝舒何忠波周景涛孙民政陆军工程大学石家庄校区车辆与电气工程系石家庄050000 中国航天员科研训练中心人因工程国家级重点实验室北京100094

随着航天工程的飞速发展以及先进制造业对加工精度要求的持续提高,对低频微振信号的控制与利用越发受到关注.本文采用驻极体材料,参考动力减振器理论,开发了一种面向低频微振环境的减振俘能一体化装置,建立了驻极体减振俘能装置的机电... 详细信息

随着航天工程的飞速发展以及先进制造业对加工精度要求的持续提高,对低频微振信号的控制与利用越发受到关注.本文采用驻极体材料,参考动力减振器理论,开发了一种面向低频微振环境的减振俘能一体化装置,建立了驻极体减振俘能装置的机电耦合模型.为兼顾减振和俘能的双重要求,本文分析和等效了静电力对系统动力学特性的影响,并进行了参数的评估,提出了适用于驻极体减振俘能的优化方法.建立了AMEsim和Simulink的联合仿真环境,对模型和结果进行了仿真验真.建模和仿真的结果表明,本文建立的驻极体减振俘能装置的机电耦合模型可以准确描述装置的运动过程,建模与仿真的误差在5%以内.驻极体减振俘能装置对参数变化十分敏感,且副结构刚度、初始间距等对减振俘能性能的影响都明显强于副结构阻尼.经过优化,本文设计的驻极体减振俘能装置,能够兼顾减振和俘能需求,可以实现接近于理想动力减振器的减振效果,也可以在牺牲15%减振效果前提下,获得1700 V输出电压和3.1 m W俘能功率.本文建立的机电耦合模型和动态静电力解析模型,有助于理解驻极体减振俘能机构的工作原理,揭示了非线性静电力的变化过程和作用机理.

关键词：驻极体减振俘能微振动静电力

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波导吸振器的低频减振设计和应用

力学学报 2023年第11期55卷 2636-2646页

作者：赵晓宇吴卫国林永水武汉理工大学理学院工程结构与力学系武汉430070 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430063

基于螺旋声学黑洞的波导吸振器(waveguide absorber,WGA)是为解决声学黑洞尖端厚度过薄、截止频率较高等问题而提出的新构型,目前其设计方法、耗能机理和减振应用效果有待进一步研究.研究基于几何声学理论和欧拉-伯努利梁理论,提出了WG... 详细信息

基于螺旋声学黑洞的波导吸振器(waveguide absorber,WGA)是为解决声学黑洞尖端厚度过薄、截止频率较高等问题而提出的新构型,目前其设计方法、耗能机理和减振应用效果有待进一步研究.研究基于几何声学理论和欧拉-伯努利梁理论,提出了WGA的设计方法,构建了WGA材料参数和几何参数选取的理论模型,通过数值仿真揭示了WGA设计参数对弯曲波波数虚部的影响规律,阐明了几何参数对于截止频率的调控机制,进一步从时域和频域的角度分析了WGA的弯曲波耗散机理.开展加筋板减振实验研究对比验证了设计方法的可靠性和WGA的减振效果.结果表明,研究提出的设计方法可使WGA在更大尖端厚度的条件下获得更低的反射系数和截止频率,在降低加工难度的条件下提高其减振效果和适用范围.安装WGA后的加筋板在10~1000 Hz内加速度级降低可达26 d B,减振效果显著优于等质量阻尼层.新设计的WGA具有易安装、减振频带宽、低频减振效果好和对结构固有振动特性影响小等优点.研究为WGA的设计及其在结构减振工程中的应用提供了指导.

关键词：螺旋声学黑洞波导吸振器加筋板减振

基于BESO算法的大型海洋垂直轴风力机支撑结构优化

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上海交通大学学报 2023年第2期57卷 127-137页

作者：何文君苏捷周岱韩兆龙包艳赵永生许玉旺涂佳黄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 上海交通大学极地深海技术研究院海洋装备研究院上海200240 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

大型海洋垂直轴风力机的研究对发展海洋风能具有重要意义,研究大型垂直轴风力机的合理支撑结构形式对风力发电结构安全至关重要.基于变删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,对大型海洋垂直轴风力机进行支撑结构优化,并通过风力机的动力... 详细信息

大型海洋垂直轴风力机的研究对发展海洋风能具有重要意义,研究大型垂直轴风力机的合理支撑结构形式对风力发电结构安全至关重要.基于变删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,对大型海洋垂直轴风力机进行支撑结构优化,并通过风力机的动力响应特性分析,验证结构优化方法的可靠性.结果表明:反比例型变删除率的BESO算法能有效改善优化迭代速率,适用于垂直轴风力机的支撑结构优化设计;相比于初始结构,拓扑出的新结构模型在风荷载作用下的风致动力响应显著降低.研究成果可用于垂直轴风力机支撑结构设计优化.

关键词：垂直轴风力机双向渐进结构优化算法动力响应减振

基于蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料低频带隙研究

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振动与冲击 2023年第17期42卷 61-69页

作者：陈晓刚赵凯美聂京凯吴雪峰黄晓峰何强国网浙江省电力有限公司杭州310000 国网浙江省电力有限公司金华供电公司浙江金华321000 先进输电技术国家重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京102209

为降低居民区变压器的低频振动噪声并促使变压器环保达标,提出一种采用周期性配置蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料,以期实现变压器本体减振降噪。通过建立蝶形准零刚度弹簧的静力学理论模型,推导了蝶形准零刚度弹簧的回复力-位移、刚度-... 详细信息

为降低居民区变压器的低频振动噪声并促使变压器环保达标,提出一种采用周期性配置蝶形准零刚度弹簧的双梁超材料,以期实现变压器本体减振降噪。通过建立蝶形准零刚度弹簧的静力学理论模型,推导了蝶形准零刚度弹簧的回复力-位移、刚度-位移解析表达式,分析了其在平衡位置处的准零刚度特性,并采用有限元仿真验证了蝶形准零刚度弹簧的力学性能;以此为基础,基于欧拉-伯努利梁理论建立了由蝶形准零刚度弹簧周期性耦合硅钢片梁和硬铝合金梁构成的双梁超材料的元胞动力学模型,结合连续边界条件和周期性Bloch定理推导了双梁超材料的弯曲振动色散关系,研究了其低频带隙形成机理,仿真分析了双梁超材料的低频带隙特性。结果表明,通过蝶形准零刚度弹簧周期性弹性耦合硅钢片梁与硬铝合金梁形成的双梁超材料可产生应用于变压器铁芯硅钢片低频振动噪声高效抑制的低频带隙,且该低频带隙由布拉格散射-局域共振混合机制产生,为变压器低频振动噪声控制提供了一种崭新的思路。

关键词：准零刚度双梁超材料布拉格散射局域共振减振