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基于带隙理论的工程机械动力舱罩隔声性能研究

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基于带隙理论的工程机械动力舱罩隔声性能研究

作者：雷博上海交通大学

学位级别：硕士

通风散热与噪声隔离是工程机械动力舱罩设计中的一对矛盾。一方面,为使发动机产热及时排除,应保证舱罩上的通风开孔面积;另一方面,过大的开孔面积也使舱罩的隔声性能下降,从而使发动机辐射噪声及舱罩闭合空间内形成的混响声大量泄漏,导... 详细信息

通风散热与噪声隔离是工程机械动力舱罩设计中的一对矛盾。一方面,为使发动机产热及时排除,应保证舱罩上的通风开孔面积;另一方面,过大的开孔面积也使舱罩的隔声性能下降,从而使发动机辐射噪声及舱罩闭合空间内形成的混响声大量泄漏,导致严重的环境噪声污染。因此,如何在保证散热效率的前提下,合理设计动力舱罩以保证其隔声性能满足降低整机环境噪声的要求,已经成为工程机械NVH研究中亟待解决的问题。本文以某型双钢轮振动压路机为研究对象,面向“散热-降噪”平衡需求,应用周期结构带隙理论,设计了动力舱罩双层周期结构,并结合整机噪声特性,对舱罩的声学传递损失进行了优化,最后通过“混响室-消声室”测试及实车测试验证了动力舱罩双层周期结构的隔声性能改进效果。本文的具体工作如下:首先,建立动力舱罩胞元的有限元模型,分析胞元的声学带隙特性;进一步利用胞元有限元模型建立动力舱罩通风结构的有限元模型,计算其传递损失,并通过变参数计算分析胞元参数对其传递损失的影响规律。其次,利用声学成像技术对该型双钢轮振动压路机的整机噪声进行识别,确定现用舱罩的隔声性能薄弱频段;利用所得到的胞元参数对传递损失的影响规律,确定动力舱罩改进结构,并对改进结构传递损失和动力舱内的散热效率进行仿真验证。最后,利用“混响室-消声室”法测量动力舱罩改进结构和具有相同开孔面积的单层板的传递损失,验证了改进结构对提高隔声薄弱频段内的声学传递损失的有效性;并在试验场实车测试安装动力舱罩改进结构前后样机的噪声水平。研究结果表明,所设计的双层周期结构动力舱罩在不减少开孔面积的前提下具有良好的隔声性能:在现用舱罩的隔声薄弱频段518-672Hz、915-1085Hz内,改进结构的声学传递损失在“混响室-消声室”测试中分别达到16.0d B及19.1d B(较具有相同开孔面积的单层板分别提高33%及59%);在实车测试中舱罩左侧近场噪声分别降低4.3d B(A)及4.1d B(A)。本文所进行的基于带隙理论的压路机动力舱罩隔声性能研究,建立了面向“散热-降噪”平衡的隔声结构设计方法,并可为其他工程机械的降噪设计提供理论指导与技术支撑。

关键词：动力舱罩带隙理论隔声性能降噪设计

基于带隙理论的地铁周期轨道结构振动传播特性与控制研究

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基于带隙理论的地铁周期轨道结构振动传播特性与控制研究

作者：戴承欣华东交通大学

学位级别：硕士

随着各大城市地铁线网逐年加密及列车载客量和运行速度逐渐加快,地铁运营所诱发的环境振动问题也愈发严重。目前,地铁振动问题已成为我国进一步深入发展城市轨道交通的一项关键制约因素。然而,地铁振动又是一个涉及列车、轨道、隧道、... 详细信息

随着各大城市地铁线网逐年加密及列车载客量和运行速度逐渐加快,地铁运营所诱发的环境振动问题也愈发严重。目前,地铁振动问题已成为我国进一步深入发展城市轨道交通的一项关键制约因素。然而,地铁振动又是一个涉及列车、轨道、隧道、土体及地面建筑物的跨专业、跨学科、跨领域的超大耦合系统动力学问题,想要完整且全面对该过程进行精准的预测分析是一项十分艰巨且耗时的任务,而且一旦振源的振动传入土体中,那么环境振动将几乎不可控。因此,本文立足于针对地铁振源的波传播特性和振动响应特性进行预测,建立一套准确可靠且计算效率高的预测振源振动特性的分析方法和理论模型,可为城市轨道交通领域的减振与隔振提供一定的理论指导。本文在简要回顾国内外相关理论研究的历史与现状后,深入开展了地铁轨道结构振动传播特性及控制措施的研究,主要研究内容及结论如下:（1）周期性地铁轨道结构振动理论预测模型及分析方法基于周期结构带隙理论和能量泛函变分原理,构建了周期性轨道-隧道-周围土体耦合系统动力学模型PTTS,其中,轨道结构视为双层铁木辛柯梁,隧道结构视为Flügge复合型圆柱薄壳,隧道周围土体视为三维均布面弹簧-阻尼单元。通过与多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics计算结果和现场实测结果进行对比,验证了理论模型和分析方法的正确性和可靠性。（2）周期性地铁轨道结构振动带隙特性及动力响应研究基于耦合系统动力学模型PTTS,在0～300 Hz频率范围内,地铁轨道结构仅存在一条垂向振动带隙——0～44 Hz,为局域共振型带隙,且该带隙的频率位置和宽度主要受元胞隧道的质量和土层的刚度控制。通过对耦合系统分层进行波数k输入,可得到更为详细的弹性波传播的频率范围及路径:0～44 Hz传入土体中;44～93 Hz仅在隧道中传播;93～107 Hz在轨道板和隧道中传播;107～117 Hz仅在隧道中传播;117～123 Hz在轨道板和隧道中传播;123～136 Hz仅在隧道中传播;136～170 Hz在轨道板和隧道中传播;170～189 Hz仅在隧道中传播;189～206 Hz在轨道板和隧道中传播;206～227 Hz同时在钢轨、轨道板和隧道中传播;227～270 Hz在钢轨和隧道中传播;270～300 Hz同时在钢轨、轨道板和隧道中传播。基于PTTS模型,钢轨、轨道板和隧道的垂向振动导纳的主频分别为213 Hz、188Hz和46 Hz。当弯曲波频率为44 Hz时,钢轨、轨道板和隧道结构将发生同相位共振,弯曲波的能量主要被局限在激振点附近的钢轨、轨道板和隧道中,使得在激振点两侧振动位移传递急剧衰减,整体上表现为刚性共振模态;当弯曲波频率为188 Hz时,钢轨和轨道板运动模式相反而轨道板和隧道的振动模式则基本保持一致,且在激振点两侧振动位移可传递一定距离再衰减至零;当弯曲波频率为213 Hz时,钢轨和轨道板发生反相位共振,和隧道同相位共振,在激振点两侧振动位移可传播较远距离,即弯曲波能量均匀分布于整个结构中而非集中于某一点,整体上表现为弹性共振模态。此外,由于隧道结构采用圆柱形薄壳模拟,其振动模态十分丰富,除了纵向弯曲波引起的纵向弯曲振动模态外,环向驻波还会隧道环向变形模态,二者耦合会进一步使隧道产生更多其他的特征频率,如50 Hz、65 Hz、87 Hz、115 Hz、134 Hz和175 Hz。（3）周期性地铁轨道结构振动控制措施研究基于周期结构带隙理论,分析了传统钢弹簧浮置板轨道、准零刚度轨道、惯性放大轨道以及准零轨道-惯性放大组合式轨道的波传播特性和振动响应。结果表明,四类隔振轨道结构的在0～300 Hz范围内的垂向振动带隙分别为:0～13 Hz、0～4 Hz、0～11 Hz和0～3 Hz,该部分带隙主要传入土体中;与普通整体道床相比,钢弹簧浮置板轨道仅实现了20 Hz以上范围的隔振效果;准零刚度轨道、惯性放大轨道以及准零刚度-惯性放大组合式轨道进一步将隔振的频率点降低至5 Hz、16 Hz和4 Hz,从而实现了超低频隔振效果;四种隔振轨道下方隧道壁的最大振级分别下降27 d B、48d B、31 d B和50 d B,且三种新型隔振轨道均进一步增强钢弹簧浮置板轨道在10 Hz以上的隔振效果。同时,由于组合式轨道中周期性增设了中心频率为20 Hz和50 Hz的钢轨和轨道板吸振器,在8～40Hz和8～100 Hz范围内,其振动响应较钢弹簧浮置板轨道存在明显的衰减。

关键词：周期性地铁轨道带隙理论能量泛函变分原理动力响应振动控制

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隔声超构材料的研究进展

人工晶体学报 2021年第7期50卷 1222-1233页

作者：陈应航陈键徐驰钟雨豪黄唯纯卢明辉蚌埠学院机械与车辆工程学院蚌埠233030 南京大学固体微结构物理国家重点实验室现代工程与应用科学学院南京210093

声学超构材料的概念起源于局域共振型声子晶体。作为一种新型复合人工结构材料,声学超构材料具备许多优异的特性,如相对于传统隔声材料可以灵活、精准地操控声波,采用小型化、轻质化的结构解决宽频带、低频隔声等问题。本文综述了声学... 详细信息

声学超构材料的概念起源于局域共振型声子晶体。作为一种新型复合人工结构材料,声学超构材料具备许多优异的特性,如相对于传统隔声材料可以灵活、精准地操控声波,采用小型化、轻质化的结构解决宽频带、低频隔声等问题。本文综述了声学超构材料在隔声方面的最新研究进展,从带隙理论和表征参数出发论述了声学超构材料隔声机理,重点介绍了相关代表性工作,包括Helmholtz式隔声超构材料、薄膜薄板式隔声超构材料、折叠卷曲空间式隔声超构材料以及组合式隔声超构材料的设计理念和方法,最后对这一新兴领域的应用进行了展望。

关键词：声学超构材料声子晶体隔声功能带隙理论局域共振亚波长

基于液晶填充的带隙型光子晶体光纤的滤波特性

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半导体光电 2009年第5期30卷 687-690页

作者：钱祥忠温州大学物理与电子信息学院浙江温州325035

在实芯光子晶体光纤的周期排列的空气孔包层中,填充高折射率液晶介质,使其形成光子带隙。由于填充后低折射率的纤芯周围分布着高折射率液晶棒,光子晶体光纤的横向因布拉格反射而形成了许多传输带,呈现多通道滤波特性。基于光子带隙理论... 详细信息

在实芯光子晶体光纤的周期排列的空气孔包层中,填充高折射率液晶介质,使其形成光子带隙。由于填充后低折射率的纤芯周围分布着高折射率液晶棒,光子晶体光纤的横向因布拉格反射而形成了许多传输带,呈现多通道滤波特性。基于光子带隙理论,利用平面波展开法对填充液晶前后光子晶体光纤传导机制的转变进行了探讨,研究了填充液晶对光子晶体光纤滤波性能的影响。结果表明,当电场增大时,滤波通道中心向长波方向移动,滤波通道带宽增大;而对于相同的外加电场,随着液晶折射率的逐渐增大,滤波特性与电场增大情况类似,光子带隙开始向长波方向漂移,同时带隙的宽度也逐渐变大。

关键词：光子晶体光纤滤波特性带隙理论液晶填充

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二维声子晶体薄板隔声特性研究

材料导报 2020年第S1期34卷 90-93页

作者：陈龙飞游世辉赵小英湘潭大学土木工程与力学学院湘潭411105 枣庄学院机电工程学院枣庄277160 莫斯科大学经济学院俄罗斯莫斯科119234

以磁流变弹性体为基体,铝圆柱体为散射体,构造二维平面声子晶体薄板。利用声子晶体能带理论,研究薄板隔声特性。结合平面波展开法,计算声子晶体能带结构,用有限元的模拟结果加以验证。然后进一步讨论基体弹性模量,散射体形状对声子晶体... 详细信息

以磁流变弹性体为基体,铝圆柱体为散射体,构造二维平面声子晶体薄板。利用声子晶体能带理论,研究薄板隔声特性。结合平面波展开法,计算声子晶体能带结构,用有限元的模拟结果加以验证。然后进一步讨论基体弹性模量,散射体形状对声子晶体能带的影响。研究表明,带隙的起止频率和带隙宽度都与散射体形状密切相关。随着散射体边数的增加,带隙起止频率和宽度均趋于平稳,当边数无限大时,其值(起止频率和宽度)与圆柱形散射体相同。随着基体弹性模量变小,带隙起止频率和宽度都减小,整个带隙往低频方向移动。声子晶体中带隙的产生是比较复杂的,它往往是在多种机理共同作用下产生的。该研究能为隔声材料的研究提供一些新的思路,在智能化隔振方面有着广阔的应用前景。

关键词：声子晶体隔声磁流变弹性体带隙理论

纳米掺杂交联聚乙烯复合材料的空间电荷特性研究

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绝缘材料 2023年第3期56卷 33-40页

作者：倪艳荣郭永亮李承斌高俊国河南工学院电缆工程学院河南省线缆结构与材料重点实验室河南新乡453000 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院工程电介质及其应用教育部重点实验室黑龙江省电介质工程重点实验室黑龙江哈尔滨150080

空间电荷累积容易引起交联聚乙烯绝缘内部电场畸变,从而导致绝缘老化甚至失效,而纳米掺杂或改性可以抑制空间电荷的累积,因此得到了广泛的关注。本文测量了二氧化硅和氧化镁纳米填料掺杂交联聚乙烯复合材料的空间电荷特性和电导特性,并... 详细信息

空间电荷累积容易引起交联聚乙烯绝缘内部电场畸变,从而导致绝缘老化甚至失效,而纳米掺杂或改性可以抑制空间电荷的累积,因此得到了广泛的关注。本文测量了二氧化硅和氧化镁纳米填料掺杂交联聚乙烯复合材料的空间电荷特性和电导特性,并结合带隙理论模型分析纳米填料的作用机制。结果表明:相比于二氧化硅掺杂的交联聚乙烯复合材料,氧化镁掺杂的交联聚乙烯复合材料具有较高的介电常数、较低的空间电荷积聚程度和较小的电导率。

关键词：交联聚乙烯纳米掺杂空间电荷电导率带隙理论

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浮筏隔振系统隔振性能靶向调控技术研究

浮筏隔振系统隔振性能靶向调控技术研究

作者：黎上达中国舰船研究院

学位级别：硕士

浮筏隔振系统是目前对舰船机械设备振动问题进行集中治理的重要技术手段,在提高舰船声隐身性能方面具有不可替代的作用。近年来以提高浮筏隔振系统总隔振量为目标的新机理、新技术备受重视,如桁架式浮筏隔振技术、主动控制技术等被广泛... 详细信息

浮筏隔振系统是目前对舰船机械设备振动问题进行集中治理的重要技术手段,在提高舰船声隐身性能方面具有不可替代的作用。近年来以提高浮筏隔振系统总隔振量为目标的新机理、新技术备受重视,如桁架式浮筏隔振技术、主动控制技术等被广泛研究。然而受到舰船有限空间、能源等的制约,这些新技术在工程实际中应用困难。考虑到舰船机械设备的振动能量往往集中在某个或某几个频段内,因此将控制重点集中到提高浮筏隔振系统在这些频段内的隔振效果,而不是全频段内的将更具实际意义。为此,本文重点以浮筏隔振系统的两个主要组成部分:筏架和隔振器为研究对象,在不损失或少量损失总隔振量的前提下,提高浮筏隔振系统在某些指定频段内的隔振效果,实现浮筏隔振系统隔振性能的靶向调控,为提高浮筏隔振系统的隔振性能提供一种新的技术途径。在筏架方面,第二章首先运用参数化建模技术建立了筏架的参数化几何模型和浮筏隔振系统的参数化有限元模型,在筏架总质量不变的前提下,分析不同筏架几何参数组合对浮筏隔振系统隔振性能的影响。结果表明:筏架的几何参数对浮筏隔振系统隔振效果的影响主要体现在中高频段;筏架高度、长宽比、肋板数目是影响浮筏隔振系统隔振性能和筏架固有频率分布最重要的几何参数;选择合适的筏架几何参数可以改善浮筏隔振系统在特定频段内的隔振效果,可作为实现浮筏隔振系统隔振性能靶向调控的技术途径之一。最后通过一组模型试验,验证了相关结论的正确性。在隔振器方面,第三章首次提出了一种几何参数按准周期序列排列的声子晶体模型:一维层厚TM(Thue-Morse)准周期声子晶体。采用超元胞传递矩阵法数值分析其带隙特性,以及填充率、厚度比例对其带隙的影响规律。结果表明:与周期结构声子晶体相比,一维层厚TM准周期声子晶体的首阶带隙显著降低(约50%),提高了声子晶体隔振器的实用价值;与材料参数按准周期序列排列的声子晶体相比,一维层厚TM准周期声子晶体带隙特性的影响因素更加丰富,带隙调整范围更广、更灵活;通过调整一维层厚TM准周期声子晶体隔振器的材料参数、填充率以及厚度比例等参数,利用其低频带隙对弹性波的衰减作用,可针对性地提高浮筏隔振系统在某些特定频段内的隔振效果。最后通过一组模型试验,验证了相关结论的正确性。最后,在前两部分研究工作的基础上,第四章引入遗传算法等,以指定频段内的隔振量最大化为目标,通过优化筏架的几何参数以及加入一维层厚TM准周期声子晶体隔振器,可在不损失或少量损失浮筏隔振系统总隔振量的前提下,提高浮筏隔振系统在指定频段内的隔振效果。最后,通过仿真试验验证了浮筏隔振系统隔振性能靶向调控的可行性。

关键词：几何参数参数化技术带隙理论隔振效果遗传算法