高切向流速高声强条件下梯度阻抗吸声超材料研究

在涡扇航空发动机声衬表面,存在高速切向流场与高声强声场耦合问题,吸声机理与调控机制复杂。高切向流速高声强条件下低频宽带噪声的有效吸收极具挑战性。该研究提出考虑高切向流速、高声强以及复杂容抗修正的声阻抗理论方法,设计了梯度阻抗调控吸声超材料。从理论解析计算、有限元数值建模及试验测试三个维度深入分析声波与结构的作用机理和调控规律。结果表明:梯度阻抗吸声超材料可有效提高吸声效率,避免传统声衬吸声频带窄的缺点。在0、30 m/s、60 m/s、98 m/s切向流速和130 dB背景噪声下,提出的梯度阻抗吸声超材料在500~3 000 Hz范围内具备良好吸声效果。该超材料结构简单,在高切向流速高声强复杂边界条件下,仍有深亚波与宽带吸声特性,具有广阔的应用前景。

基于模态应变能变化率的公路架桥机主梁结构损伤识别研究

针对公路架桥机主梁在各种损伤条件下的损伤识别研究问题,本文以JQG160t-40m公路架桥机主梁为研究对象,基于应变模态分析理论,推导了三角桁架公路架桥机主梁结构单元模态应变能变化率的计算模型。通过在有限元软件ABAQUS建立公路架桥机的主梁模型,提取该架桥机主梁结构在12种工况下各单元的模态参数,利用Matlab计算每个单元的模态应变能变化率。结果表明:以单元模态应变能变化率作为损伤识别量,可对架桥机主梁结构的不同损伤位置和程度进行损伤识别。本方法对公路架桥机主梁结构损伤位置和损伤程度的评估是准确有效的,可以作为三角桁架类架桥机主梁结构进一步研究和定期检测的方法。

中小跨径超宽钢板组合梁桥整孔吊装技术研究

整孔吊装钢主梁是实现中小跨径钢板组合梁桥工厂化、装配化和快速建造的关键技术。已安装跨钢主梁受力变形导致悬臂端偏离竖直拼接面,会影响钢主梁精准拼接和高效施工。以新平河特大桥为例,建立钢主梁挠度理论计算模型,结合ABAQUS数值模拟和现场挠度监测对悬臂位移变形量准确预测,为悬臂拼接提供可靠的数据支持,并给出中小跨径超宽钢板组合梁桥整孔吊装的详细施工方法。结果表明:简化的力学计算模型具有较好的适用性,理论计算挠度值与数值分析结果、现场监测值相吻合;钢主梁悬臂端位移变形量理论计算值和数值计算值分别为88.58 mm和91.87 mm;钢主梁前后起吊点初始高度差以200 mm为宜。新平河特大桥是国内山区首次采用整孔吊装的多主梁钢板组合梁连续桥,可为类似工程实践提供参考。

基于组合微穿孔板的低频宽带吸声超材料研究

如何实现低频宽带吸声,一直是噪声控制工程领域亟待解决的问题之一,近年来声学超材料的迅速发展为此提供了新的解决思路。将拓宽单个峰值吸声带宽与引入第二阶吸收峰两种方式有效结合,基于组合微穿孔板提出了一种低频宽带吸声超材料,建立了组合微穿孔板吸声结构的吸声理论模型与数值仿真模型,分析了其低频宽带吸声机理。理论计算结果与数值计算结果吻合良好,验证了组合微穿孔板吸声结构的准确性。该吸声结构在低频范围产生双吸收峰,峰值都接近准完美吸声,同时具有两个较宽的吸声带宽,结构厚度满足亚波长尺度,展现出了良好的低频宽带吸声特性。最后,通过严格的参数设计,仅耦合两个吸声单元后在250~900 Hz范围内得到了一个连续的吸声频带,平均吸声系数达到0.86,此时结构最大厚度为70 mm。该吸声结构具有优异的低频宽带吸声特性以及丰富的可调性等特点,在噪声控制工程领域具有一定的应用前景。

微缝卷曲耦合低频吸声超材料研究

低频噪声吸收长期以来都是一个具有挑战性的课题,当前热点研究的声学超材料因其新颖的物理特性,能够有效的解决低频噪声的吸收问题。设计了一种微缝卷曲耦合低频吸声超材料,首次建立了微缝与卷曲通道的耦合吸声理论模型与有限元模型,并进行了试验验证,分析了结构的吸声特性与吸声机理,最后通过并联两个峰值频率不同的吸声单体协同耦合拓宽吸声带宽。研究结果表明:该结构在共振频率420 Hz处取得97%的声波能量吸收,此时结构总厚度(27 mm)为共振频率下对应工作波长的1/30,具有良好的亚波长尺度特性;试验结果良好;结构的吸声带宽被拓宽至49%,实现了低频宽带吸声。该吸声超材料结构简单,易于加工制造,在低频噪声控制工程领域中具有实际应用前景。