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高速列车轮轨噪声控制的新型声屏障设计方法研究

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振动与冲击 2023年第23期42卷 231-239页

作者：张小安宋杲曹兴潇朱胜阳杨建近张晓芸兰州交通大学机电工程学院兰州730070 西南交通大学牵引动力国家重点试验室成都610031

我国轨道交通的基础建设已得到快速发展。随着新版《中华人民共和国噪声污染防治法》的实施,轨道交通对于沿线声环境的污染防治也将成为后期重点关注的问题之一,因此有必要提高轨道交通重要降噪设备声屏障在隔声性能方面的要求;针对轨... 详细信息

我国轨道交通的基础建设已得到快速发展。随着新版《中华人民共和国噪声污染防治法》的实施,轨道交通对于沿线声环境的污染防治也将成为后期重点关注的问题之一,因此有必要提高轨道交通重要降噪设备声屏障在隔声性能方面的要求;针对轨道交通轮轨噪声的频段范围,基于Bragg带隙机理提出了三种针对轨道交通轮轨噪声的新型的二维气-固声子晶体型能带结构设计方案,分析了三种设计方案对应的带隙特性,并通过声传递损失评价了三种设计方案的隔声效果。研究表明:结合声子晶体理论设计的能带结构排布方式,能够对特定频段内的轮轨噪声形成高效的阻隔;通过合理设计散射体的布置形式和几何参数,可进一步实现特定多频段的有效隔声;将提出的方案应用于声屏障设计,能针对性地提升声屏障的隔声性能。

关键词：轨道交通声屏障声子晶体隔声性能带隙特性

基于多层S型局域振子的声子晶体双层梁结构带隙特性研究

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振动与冲击 2023年第2期42卷 197-204,234页

作者：沈超明黄杰陈墨林钱登辉王建春庄家威江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212100 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082

针对工程中的振动噪声控制问题,提出了一种声子晶体梁结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算了该结构能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体梁结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。由局... 详细信息

针对工程中的振动噪声控制问题,提出了一种声子晶体梁结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算了该结构能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体梁结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。由局域共振带隙形成主要机理,研究了低频段振动噪声控制的声子晶体梁结构,可应用于工程中特定频率的减振降噪问题。并对比分析了声子晶体单层梁结构和声子晶体双层梁结构的带隙特性,研究了单/双层梁结构振动的通性。研究了各参数对声子晶体梁结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理设计参数,可以实现结构特定范围的低频隔振,在船舶、大型发电机组及其他工程的振动噪声领域中具有很好的应用前景。

关键词：声子晶体带隙特性能带结构位移场减振降噪

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梁板型声子晶体带隙特性及列车减振性能研究

中南大学学报（自然科学版） 2023年第7期54卷 2929-2940页

作者：闫庚旺姚松李盈利周文希姜旭东中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 轨道交通安全关键技术国际合作联合实验室湖南长沙410075 轨道交通列车安全保障技术国家地方联合工程研究中心湖南长沙410075 长春中车轨道客车股份有限公司吉林长春130062

基于局域共振型声子晶体的物理特性,在车体夹层板的基础上设计出由基体板、橡胶和散射体组合而成的贴附型/填充型梁板声子晶体。通过数值仿真方法从带隙特性、振动传递特性以及模态振型等方面阐述减振机理,进一步探究结构/材料参数对带... 详细信息

基于局域共振型声子晶体的物理特性,在车体夹层板的基础上设计出由基体板、橡胶和散射体组合而成的贴附型/填充型梁板声子晶体。通过数值仿真方法从带隙特性、振动传递特性以及模态振型等方面阐述减振机理,进一步探究结构/材料参数对带隙特性的影响。研究结果表明:贴附型局域共振声子晶体由于上下面板与橡胶及铅块共振单元的耦合共振,可产生中低频弯曲带隙(77~172 Hz);填充型局域共振声子晶体内橡胶层包裹的铅柱共振单元以不同相位实现面内振动的动态平衡,可产生中低频面内带隙(117~172 Hz);有限阵列结构对实车关键部位的振动具备较为理想的衰减作用。调整声子晶体结构参数可使其带隙中心频率与目标减振频率范围一致,有助于实现车体多部位减振优化,进而验证其在车体中低频减振降噪应用中的可行性。

关键词：轨道交通声子晶体带隙特性局域共振减振降噪

高速铁路有砟轨道结构振动带隙特性及其对振动传递的影响

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中南大学学报:英文版 2023年第8期30卷 2740-2756页

作者：赵才友耿明婧汪叶舟惠庆敏张鑫浩雷佳鑫王平 Key Laboratory of High-speed Railway Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China School of Civil Engineering Southwest Jiaotong UniversityChengdu 610031China

为探究三维周期轨道结构中弹性波的传播规律,实现对轨道结构振动噪声的合理调控,本文根据周期结构理论,以Timshenko梁、Mindlin板梁波动理论为基础,采用三维平面波展开法,建立包含道砟在内的三维周期轨道结构模型,并依据波叠加法进行力... 详细信息

为探究三维周期轨道结构中弹性波的传播规律,实现对轨道结构振动噪声的合理调控,本文根据周期结构理论,以Timshenko梁、Mindlin板梁波动理论为基础,采用三维平面波展开法,建立包含道砟在内的三维周期轨道结构模型,并依据波叠加法进行力锤敲击实验验证模型的正确性。利用该模型对轨道结构进行弹性波模态和参数分析。本文提出的广义平面波解析法与波叠加试验方法得到的结果基本吻合,该试验方法对三维周期轨道频散特性研究具有较好的适应性。结果表明:提高道砟剪切刚度会增强结构在带隙频段内的衰减能力,剪切刚度从0.05 MN/mm增加到0.09 MN/mm,带隙宽度减小率从0.06 Hz/MN增加到0.21 Hz/MN;振动衰减频段宽度在道砟参振质量为500 kg时对振动的衰减最多。当负载激励频率在频率间隙带内但接近通带时,出现异常多普勒效应。高速铁路有砟轨道低频带隙对高速列车的衰减能力要高于对低速列车的衰减能力,高频段带隙对高速列车的衰减能力要低于对低速列车的衰减能力。

关键词：周期轨道结构波叠加法带隙特性道砟结构参数多普勒效应

考虑热膨胀与带隙的点阵超材料多目标优化设计

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固体火箭技术 2023年第3期46卷 359-365页

作者：王伟吕树辰许卫锴李洁宿迁学院产业技术研究院宿迁223800 沈阳航空航天大学辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室沈阳110136

采用有限元方法研究了一种三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料的带隙特性,利用非支配排序遗传算法针对该材料进行了带隙和热膨胀性能的多目标优化设计,并考虑了热膨胀系数和最大相对带隙两个优化目标。结果表明,无论是特定的正、负... 详细信息

采用有限元方法研究了一种三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料的带隙特性,利用非支配排序遗传算法针对该材料进行了带隙和热膨胀性能的多目标优化设计,并考虑了热膨胀系数和最大相对带隙两个优化目标。结果表明,无论是特定的正、负以及零热膨胀结构,都具有较好的带隙特性;所有算例都给出了帕累托最优解集,可以平衡不同的竞争目标。这为实现超材料的多功能设计提供了理论依据,特别是在航空航天领域中存在的温差和振动等严苛条件下对材料特定膨胀性质和带隙特性需求的双目标共赢提供了可能。

关键词：点阵超材料声子晶体热膨胀优化设计带隙特性

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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

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基于Peano分形的亚波长尺度声学超材料

振动与冲击 2022年第23期41卷 230-240页

作者：吴光华柯艺波张林陶猛贵州大学机械工程学院贵阳550025

基于Peano分形曲线设计了亚波长尺度的二维分形结构,该结构在特定频率范围内具有负质量密度和负体积模量,利用S参数法和传递矩阵的方法计算出等效质量密度和等效体积模量。基于有限元方法研究了分形结构在特定频率范围内声波的调控特性... 详细信息

基于Peano分形曲线设计了亚波长尺度的二维分形结构,该结构在特定频率范围内具有负质量密度和负体积模量,利用S参数法和传递矩阵的方法计算出等效质量密度和等效体积模量。基于有限元方法研究了分形结构在特定频率范围内声波的调控特性如近零密度传输、声隐身、声隧穿和波前整形等,分析了这些声特性与分形结构透射系数峰值频率的对应关系。基于3D打印技术制作了分形结构样品,实测的透射系数与计算分析结果有很好的一致性,说明了分析方法的有效性。结果表明,设计出的超材料有着特殊的声学参数,在[0,1 600]Hz内有多条带隙,可以用于低频下的滤波和声调控。

关键词：分形结构声调控带隙特性近零密度传输声隐身

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随机声子晶体不确定性分析的直接概率积分法

计算力学学报 2023年第5期40卷 701-709页

作者：李骜陈国海杨迪雄大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

由于制造工艺存在大量不确定因素,声子晶体材料属性不可避免地具有随机不确定性,使得声子晶体的物理响应呈现随机性,进而对声子晶体的减振降噪性能造成不利影响。如果采用传统的蒙特卡洛方法对随机声子晶体的物理响应进行不确定性量化,... 详细信息

由于制造工艺存在大量不确定因素,声子晶体材料属性不可避免地具有随机不确定性,使得声子晶体的物理响应呈现随机性,进而对声子晶体的减振降噪性能造成不利影响。如果采用传统的蒙特卡洛方法对随机声子晶体的物理响应进行不确定性量化,则计算代价昂贵。为此,本文基于高效的直接概率积分法对含随机材料参数的声子晶体开展不确定性量化研究。首先,在直接概率积分法框架下,对随机声子晶体能带结构的上下边界频率、带隙宽度和频率响应函数进行了不确定性量化,考察了随机参数大变异性对声子晶体带隙宽度的影响。然后,建立了声子晶体减振降噪可靠度计算公式,对考虑随机不确定性影响下的声子晶体减振降噪性能进行了定量评估。通过与蒙特卡洛方法比较,两个算例验证了直接概率积分法在随机声子晶体不确定性传播和减振降噪可靠性评估中的准确性和高效性。最后,基于直接概率积分法对局域共振型随机声子晶体进行了可靠度分析。结果表明,橡胶材料的随机性对局域共振型声子晶体减振降噪性能有较大影响。

关键词：声子晶体直接概率积分法可靠度概率密度函数带隙特性

压电超材料梁中弹性波带隙特性与界面传输的主动控制

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应用数学和力学 2022年第1期43卷 14-25页

作者：孙文静王毅泽北京交通大学土木建筑工程学院力学系北京100044 天津大学机械工程学院力学系天津300350

该文采用周期压电负电容电路,研究了弹性波超材料梁中带隙特性的主动控制问题.该系统利用外部电路改变所连接压电材料的材料参数,从而改变结构的等效参数,实现对带隙特性的调控.通过对单胞进行控制,可观察到主动控制系统作用时带隙的产... 详细信息

该文采用周期压电负电容电路,研究了弹性波超材料梁中带隙特性的主动控制问题.该系统利用外部电路改变所连接压电材料的材料参数,从而改变结构的等效参数,实现对带隙特性的调控.通过对单胞进行控制,可观察到主动控制系统作用时带隙的产生与消失.构造了含有交界面的弹性波超材料梁结构,分析了主动控制系统对波动界面传输特性的影响.

关键词：弹性波超材料主动控制带隙特性界面传输不等厚压电片