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局域共振型加筋板的弯曲波带隙与减振特性

物理学报 2016年第17期65卷 309-323页

作者：朱席席肖勇温激鸿郁殿龙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

通过在加筋板结构上附加周期性排列的"弹簧-质量"共振子单元,构造了一种局域共振型加筋板结构.针对这种新型结构,基于有限元法和周期结构Bloch定理,建立了其弹性波传播与振动特性理论计算方法;采用该方法深入研究了局域共振型加筋板的... 详细信息

通过在加筋板结构上附加周期性排列的"弹簧-质量"共振子单元,构造了一种局域共振型加筋板结构.针对这种新型结构,基于有限元法和周期结构Bloch定理,建立了其弹性波传播与振动特性理论计算方法;采用该方法深入研究了局域共振型加筋板的弯曲波带隙特性和减振特性.研究表明,局域共振子能够对加筋板的弯曲波传播特性产生显著影响,一方面使其产生更加低频的带隙,另一方面还能拓宽其中高频带隙.进一步深入分析了共振子的弹簧刚度、共振子的质量对带隙特性和减振特性的影响,发现了有价值的带隙调控现象、规律和减振特性,可为局域共振型加筋板的带隙特性设计与工程减振应用提供理论指导和有益参考.

关键词：局域共振加筋板弯曲波带隙减振

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周期新型超材料板多阶弯曲波带隙研究

振动与冲击 2018年第1期37卷 163-171页

作者：李静茹黎胜大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室船舶工程学院辽宁大连116024 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

利用了声子晶体带隙性质的概念,结合局域共振原理,提出了一种新型周期超材料板结构。这种结构是由具有负等效模量的声学超材料子结构作为共振单元,周期排列在薄板上形成的。在共振单元的作用下,不仅在低频范围内产生带阻特性,还引起了... 详细信息

利用了声子晶体带隙性质的概念,结合局域共振原理,提出了一种新型周期超材料板结构。这种结构是由具有负等效模量的声学超材料子结构作为共振单元,周期排列在薄板上形成的。在共振单元的作用下,不仅在低频范围内产生带阻特性,还引起了部分弯曲波发生波型转换并产生相应的多阶带隙,使得在多个频段范围内阻断波的传播,扩大了抑制振动传递的频率范围。利用平面波展开方法分析了结构的弯曲波带隙,并且和有限元方法得到结果进行比较,得到了一致的频散关系。对有限超材料板的振动传递损失也进行了分析,数值计算结果证明了所求频散关系的正确性以及本文提出的隔振结构对振动衰减的有效性。除此之外,研究了局域共振单元的参数和单胞尺寸对结构带隙性质产生的影响,为选取合适的参数满足特定隔振要求(低频,宽带等)的超材料板结构提供了参考依据。

关键词：局域共振超材料板弯曲波带隙平面波展开方法

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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船用夹芯板超结构弯曲波带隙与减振降噪特性研究

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

超材料梁的双阶耦合带隙调控设计与宽带减振特性

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物理学报 2024年第15期73卷 106-122页

作者：刘权兴何哲星李永强温激鸿肖勇国防科技大学智能科学学院装备综合保障技术重点实验室长沙410073

局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中,利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计,在宽带减振领域极具应用潜力.以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计,因而只能实现单阶的超宽耦合带隙,无法满足... 详细信息

局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中,利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计,在宽带减振领域极具应用潜力.以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计,因而只能实现单阶的超宽耦合带隙,无法满足双目标或多目标频带的宽带减振需求.为此,本文开展了双振子超材料梁的双阶耦合带隙调控设计研究,提出了一种实现双阶耦合宽带隙的设计方法,分析了所设计双阶耦合带隙相比传统单阶耦合带隙的带宽优势,并探究了双振子质量分配比对双阶耦合带隙总宽度的影响,进一步设计出最优的质量分配比,使得实现的双阶耦合带隙的总宽度最宽.此外,还采用谱元法研究了基于双阶耦合带隙设计的双振子超材料梁的减振特性,通过与有限元法进行对比,验证了谱元法的准确性,研究表明基于双阶耦合带隙设计可以实现两个宽频带范围的高效减振.

关键词：超材料梁弯曲波带隙耦合带隙宽带减振

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超材料梁的双阶耦合带隙调控设计与宽带减振特性研究

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物理学报 2024年

作者：刘权兴何哲星李永强温激鸿肖勇国防科技大学智能科学学院装备综合保障技术重点实验室

局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中，利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计，在宽带减振领域极具应用潜力。以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计，因而只能实现单阶的超宽耦合带隙，无... 详细信息

局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中，利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计，在宽带减振领域极具应用潜力。以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计，因而只能实现单阶的超宽耦合带隙，无法满足双目标或多目标频带的宽带减振需求。为此，本文开展了双振子超材料梁的双阶耦合带隙调控设计研究，提出了一种实现双阶耦合宽带隙的设计方法，分析了所设计双阶耦合带隙相比传统单阶耦合带隙的带宽优势，并探究了双振子质量分配比对双阶耦合带隙总宽度的影响，进一步设计出最优的质量分配比，使得实现的双阶耦合带隙的总宽度最宽。此外，本文还采用谱元法研究了基于双阶耦合带隙设计的双振子超材料梁的减振特性，通过与有限元法进行对比，验证了谱元法的准确性，研究表明基于双阶耦合带隙设计可以实现两个宽频带范围的高效减振。

关键词：超材料梁弯曲波带隙耦合带隙宽带减振

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局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究

噪声与振动控制 2023年第5期43卷 221-226页

作者：陈鼎康李欣欣李应刚朱凤娜高性能舰船技术教育部重点实验室(武汉理工大学) 武汉430063 武汉理工大学船海与能源动力工程学院武汉430063 长庆工程设计有限公司西安710018 武汉理工大学三亚科教创新园海南三亚572025

声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结... 详细信息

声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结构弯曲波带隙机理与减振特性,研究局域共振子的宽度与高度、面板厚度对弯曲波带隙特性与减振特性的影响。研究结果表明,相比典型船体板架结构及阻振质量船体板架结构,局域共振船体板架超结构在低频范围内存在弯曲波带隙,显示出优良的低频隔振性能,可以有效隔离船舶机械设备低频振动激励源。

关键词：振动与波船体板架超结构局域共振弯曲波带隙低频隔振

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

基于声子晶体带隙特性的船舶柴油机减振应用研究

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基于声子晶体带隙特性的船舶柴油机减振应用研究

作者：李成重庆交通大学

学位级别：硕士

船舶柴油机作为船舶的主要的动力装置,在其运行过程中所产生的振动对整个船体结构有着严重的影响,因此如何实现船舶柴油机的振动控制已经成为当下热门的研究课题。声子晶体作为一种新型而有效的减振降噪结构,已经开始应用于一些实际工... 详细信息

船舶柴油机作为船舶的主要的动力装置,在其运行过程中所产生的振动对整个船体结构有着严重的影响,因此如何实现船舶柴油机的振动控制已经成为当下热门的研究课题。声子晶体作为一种新型而有效的减振降噪结构,已经开始应用于一些实际工程中。声子晶体是由两种或两种以上的材料构成的周期性复合材料或结构,该种结构材料所形成的带隙对于该频段的振动有着很好的抑制衰减作用。通过合理的结构设计,可以对低频段的振动起到很好减振效果,因此本论文研究利用声子晶体对船舶柴油机进行减振降噪。具体研究工作如下:本文首先介绍了声子晶体的理论基础,利用有限元软件COMSOL Multiphysics对二维XY模式局域共振型声子晶体的带隙特性进行计算,分析了完全带隙形成的机理及对应的减振原理,同时从材料参数和结构参数两个方面分析了带隙的影响因素;其次,建立起三维包覆型及凸起型局域共振声子晶体薄板结构,并对其进行动力学仿真,计算出弯曲波振动传输特性曲线图,实现特定频率范围内弯曲波振动衰减。同时对两种结构的模态进行了详细分析,明确了两种结构弯曲波带隙的形成机理及减振原理,进一步从材料参数、结构参数及周期数三个方面对凸起型声子晶体薄板结构的减振影响因素进行了分析;再次,在传统的包覆型及凸起型声子晶体基础上,提出新型圆形空腔及十字空腔结构,通过计算对比无空腔结构在弯曲波振动衰减上显现出更具优势的减振效果,为声子晶体结构设计提出了新思路。最后,以6135型船用柴油机为研究对象,结合局域共振凸起型声子晶体的弯曲波带隙减振原理,设计制作凸起型声子晶体薄板减振结构,将声子晶体与船用柴油机相结合,搭建起振动实验平台与测试系统,实现船用柴油机特定低频段振动的衰减,达到减振目的。

关键词：船用柴油机声子晶体弯曲波带隙低频减振

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长度调制的声子晶体梁弯曲振动带隙特性分析

噪声与振动控制 2020年第4期40卷 1-8页

作者：冯青松杨舟梁玉雄郭文杰华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心南昌330013

提出一种长度可调制的双周期声子晶体梁结构,研究弯曲波的带隙特性。在无限周期条件下采用传递矩阵法计算准周期声子晶体梁弯曲振动中的弹性波能带结构,并与简单二组元声子晶体梁结构的能带进行对比,然后进一步分析调制参数对带隙的调... 详细信息

提出一种长度可调制的双周期声子晶体梁结构,研究弯曲波的带隙特性。在无限周期条件下采用传递矩阵法计算准周期声子晶体梁弯曲振动中的弹性波能带结构,并与简单二组元声子晶体梁结构的能带进行对比,然后进一步分析调制参数对带隙的调节机制,结果表明准周期声子晶体梁结构较简单二元声子晶体梁能够产生更大带宽、更多频段的带隙。在有限周期条件下采用有限元法计算准周期声子晶体梁的振动传递特性,证明理论计算的正确性。所提出的准周期声子晶体梁结构可在使用较少材料的基础上大幅度拓宽带隙并具有更强的带隙调控力,为梁类工程结构的减振提供更多选择,并可为新型滤波器、隔振平台的设计提供新思路。

关键词：振动与波长度调制式声子晶体梁弯曲波带隙传递矩阵法振动传递特性