新型二维声子晶体带隙特性及调控方法研究

为拓宽声子晶体弹性波带隙,提出一种关于基体双侧对称的声子晶体结构模型.采用有限元法计算了该声子晶体的能带结构和本征模态,基于局域共振机理深入分析了其带隙的形成机理,通过改变几何参数及施加等轴预拉伸应变的方法对该声子晶体的带隙进行被动调控与主动调控.仿真结果表明:所提声子晶体结构基体中的长波行波与振子的谐振相互耦合作用产生一条局域共振带隙,通过优化几何参数可以获得起始频率更低的宽频带隙,对结构施加等轴预拉伸应变可以有效拓宽带隙且带隙宽度随着预拉伸应变的增大而变宽.研究结果为声子晶体的带隙主动调控提供了方案,为结构减振降噪提供了新思路.

虚拟仪器平台下旋转机械振动应用研究

利用LabVIEW软件图形化程序和可视化前面板,基于旋转机械结构和运动特点构建虚拟仪器仿真平台基本框架,设计了与真实仪器功能相当的旋转机械齿轮振动虚拟仿真研究平台。通过仿真验证,齿轮振动虚拟仿真平台能够有效采集振动信号,并对振动信号特征进行提取和分析,测试结果与旋转机械齿轮实际振动情况一致。开发的虚拟仿真平台达到了预期功能目标,为旋转机械关键部件振动检测和故障诊断提供了可视化技术支持,降低了旋转机械故障检测成本。

基于FBG传感器阵列反演结构振动位移的监测方法

针对现有振动位移监测方法易受环境影响且精度不高的问题,提出了一种基于光纤布喇格光栅(FBG)传感器阵列反演结构振动位移的监测方法。该方法使用FBG传感器阵列获取结构振动过程中的多点应变和单点加速度数据,先利用基于正交曲率的曲线重构算法和获得的应变数据重构结构各点的动态位移,然后运用卡尔曼滤波算法将曲线重构算法导出的位移数据与同位置处的单点加速度数据相融合,获得更为准确的位移数据。实验结果表明:该方法可成功重构出监测结构任意时刻的振动形态,悬臂铝板和简支管道的振动位移重构相对均方根误差分别小于5.5%和7%。

番茄愈伤组织的诱导与遗传转化体系的建立

番茄是植物研究领域常用的模式植物之一,番茄高效稳定的遗传转化体系是研究番茄基因生物学功能的基础,但常规番茄遗传转化耗时过长。以番茄愈伤组织为侵染对象,最终获得转基因番茄愈伤组织,可极大地缩短获得番茄转基因材料的时间。本文以番茄Micro-Tom(Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom)为实验材料,探索番茄愈伤诱导条件,建立标准的番茄愈伤组织遗传转化体系。结果表明,胚根为外植体、激素配比2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-Dichlorophenoxyacetic acid, 2,4-D)1 mg/L+6-苄氨基腺嘌呤(6-Benzylaminopurine, 6-BA)1 mg/L、蔗糖浓度30 g/L、光照强度3 000 lx为最佳诱导条件。标准番茄愈伤遗传转化体系包括愈伤组织培养、悬浮细胞建立、农杆菌侵染、共培养、抗性愈伤筛选、核酸鉴定等。该实验结果能够为以番茄为研究对象的分子机理研究及其所涉及的免疫沉淀、高通量测序、亚细胞定位等实验提供科研实验材料和方法参考。

番茄顺式还原酮加双氧酶基因家族分析及功能鉴定

顺式还原酮加双氧酶(acireductone dioxygenase, ARD)是Cupins蛋白家族的一员,在原核生物和真核生物中广泛存在,主要参与甲硫氨酸代谢途径的催化;另外,植物中甲硫氨酸代谢途径与乙烯和多胺等的合成密切相关,且乙烯和多胺参与了植物生长发育和逆境胁迫响应等多种生物学过程。植物中关于ARD的研究报道有限,尤其是园艺作物。番茄在人们的日常饮食结构中占有重要比例,也是植物研究领域常用的模式植物之一。本研究以番茄(Solanum lycopersicum)为研究对象,鉴定番茄基因组中包含的SlARD成员,并利用生物信息学分析手段、定量PCR技术和亚细胞定位等实验,对番茄SlARD基因家族进行分析及功能鉴定。结果表明,番茄基因组中共包含2个SlARD成员,分别命名为SlARD1和SlARD2,二者均定位于番茄第9号染色体,与拟南芥(Arabidopsis thalina)AtARD家族成员存在一定的系统发育和进化关系;SlARD1/2均只包含1个ARD结构域;番茄SlARD1/2在根、茎、叶中均有表达,能够响应水涝胁迫,定位于细胞质和细胞核。本研究还对结合SlARD1和SlARD2启动子的转录因子和SlARD1/2的互作蛋白网络进行了预测。上述实验结果能够为番茄SlARD的功能和分子机理研究提供理论参考和实验依据。

基于声辐射理论的声屏障插入损失研究

为进一步提升公路声屏障的降噪效果,在当前存在的公路声屏障插入损失计算公式的基础上,考虑公路声屏障受到激励后产生声辐射的现象,推导出考虑声辐射时公路声屏障插入损失计算公式。对计算结果进行分析可得,声屏障的插入损失比不考虑声辐射的情况下降低0.9~3.6 dB。因此在设计公路声屏障应当考虑声屏障声辐射对降噪效果的影响。

弹上电子产品加固防护可靠性分析研究

提出一种弹上电子产品球栅阵列封装元器件的新型加固防护工艺方法,对使用不同加固防护方法的电子产品进行了随机振动试验与有限元仿真分析,研究对球栅阵列封装(BGA)元器件焊点可靠性的影响;采用Steinberg疲劳寿命模型分析焊点的疲劳寿命。研究表明,纳米疏水剂、四角点胶配合3D打印壳体封装的组合新型弹上电子产品加固防护方法能有效提升产品可靠性。

无人航行器声隐身性能提升研究

针对小几何尺度的无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)中减振技术的应用问题,建立尺度较小的SUBOFF无人航行器有限元模型。分析其在典型激励下的声振特性,探讨阻振、吸振技术在UUV上的应用,并且基于声学黑洞结构设计UUV舱段,分析其减振效果。研究结果表明:无人航行器结构振动和辐射噪声的峰值频率与整体和局部结构的模态频率关系较大。在推进电机基座、推力轴承基座等结构上应用阻振质量和动力吸振器可有效减小艇体振动,吸振器质量增加可改善吸振效果。设计声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)舱段并应用于艇体的中部均匀部分,可有效减小结构振动由激励源向船艏的传递,体现该方案的减振效果。

汽车空调管路气动噪声分析与控制研究

针对汽车空调管路内的气动噪声,设计了一种周期性消声结构。首先,运用传递矩阵方法,建立消声结构的传递损失理论模型,分析了消声结构的参数对传递损失的影响规律,并通过试验测试和声学有限元计算验证了理论模型的正确性;其次,通过流体力学有限元方法与声类比法结合,预测了某商用车的空调管路内气动噪声源位置,分析了产生气动噪声的主要原因和气动噪声的声源特性,为消声结构的优化设计提供目标频域;最后,以消声频带宽度最大为优化目标,以消声结构的孔径、扩张腔长度、扩张比和内插长度为设计变量,对消声结构进行优化设计。结果表明,优化后的消声结构传递损失的峰值明显提高,消声频带的宽度有所拓宽,优化后的空调管路出口处的声压级降低了7 dB左右。

基于阻抗匹配的吸声方法

对于低中频声波入射,采用主动吸声方法可以获得较好的吸收性能,而对于高频声波入射则不能达到很好的吸收性能,为此,又提出了通过调节吸声材料后扬声器的表面阻抗来改变吸声系数的半主动吸声方法。将可控扬声器置于吸声材料后面,调节其表面阻抗,使其与空气的声阻抗达到最佳匹配,从而实现对吸声性能的有效调控。实验结果表明:半主动吸声方法可以在不断改变入射声波频率情况下对吸声系数进行有效调整,使吸声系数始终处于最大值。

矩形射流激波啸叫机理实验研究

为了解超声速欠膨胀射流激波啸叫噪声的产生机理,基于宽高比10∶1的矩形收缩喷管射流模拟实验装置,采用远场噪声测试及近场流动纹影测量相结合的方法,研究了超声速射流激波格栅结构的非定常运动规律,及其与大尺度旋涡相互作用产生啸叫噪声的过程。实验结果表明不同方位激波啸叫噪声的产生机制存在差异,射流上游和侧边方向的激波啸叫主要是由大尺度旋涡与激波格栅尖梢相互作用而形成的弧形脉冲声波,而下游方向的激波啸叫噪声主要由马赫波辐射引起。实验探究了超声速射流激波格栅结构的非定常运动激发激波啸叫弧形脉冲波的过程,并采用高斯调制的弧形脉冲序列对激波啸叫噪声进行模拟。结果表明,激波啸叫弧形脉冲声波的离散性质以及多声源机制会导致高阶激波啸叫噪声的产生。

基于流固耦合的卡车油箱振动特性研究

卡车油箱在使用过程中,存在因振动产生本体及焊缝开裂的问题。针对某400 L卡车柴油油箱,基于流固耦合理论,运用ANSYS软件分析油箱的振动特性。锤击法模态试验和仿真模态分析结果,仿真与试验测得的结构模态参数数据误差最大为13%,仿真的准确性得到验证。油箱结构自由状态下计算得到的前6阶固有频率略大于油箱安装状态下的固有频率,油箱固有频率会随着液体含量的增加而降低。油箱的固有频率在液体量从0到100 L以及300到400 L这两阶段变化明显。油箱充液比低于1/2时,油箱结构的各阶固有频率均高于危险区域的频率,不会产生共振。充液量大于3/4时固有频率接近于30 Hz的标准规定值,存在共振风险。油箱设计时,应优化油箱的结构,使其在充满液量时也能避开30 Hz标准值,更为安全。

基于分数阶黏弹性缓冲系统的代理模型可视化研究

分数阶黏弹性缓冲系统模型可以准确描述黏弹性材料的力学性质,被广泛应用于工程车辆的减振控制中。但由于模型本身的复杂度使得在求解及优化过程中消耗大量的时间和计算成本,而代理模型很好地解决这一问题。通过引入图形用户界面(GUI)技术,开发出一种用户友好的复杂分数阶代理模型可视化实验系统,该系统主要包含实验设计模块、代理模型模块和误差分析模块3大模块。使用时根据需求选择不同的分数阶及代理模型,输入变量取值范围信息,即可得到代理模型拟合效果图以及误差,然后对比分析不同代理模型的误差结果,选择拟合效果最好的代理模型。以Maxwell分数阶模型为例,在同等变量选择范围下分析4种代理模型获得的代理效果。结果表明:当施加外力在0~100 N,系统固有频率在0~100 Hz的条件下,决定系数为0.989 7,均方根误差为0.146的混合自适应代理模型为拟合效果最好的代理模型。此系统的开发为代理模型在分数阶黏弹性缓冲系统的计算及优化研究中提供一定的应用价值,解决了复杂分数阶求解计算成本大的问题。

基于正则化声压匹配法的舱室声场复现

舱室噪声控制、声品质设计等研究通常需开展大量的声场测试试验,由于舱室实际试验成本较高,因此通过声场复现的方式在舱室模拟舱中复现所需求的声学环境,对于降低研究成本、开展重复性试验具有重要意义。本文面向舱室声环境复现需求,以经典声压匹配法为基础,建立了基于扬声器阵列输出的多目标点位协同复现算法,通过引入正则化技术,使算法对实际测试中的各类噪声具有更强的鲁棒性。在一个实际舱室模拟舱环境中搭建了复现系统,复现试验表明,本文算法可在指定舱内的多个点位上协同复现目标频响曲线,在宽频范围内相对误差小于5%,具有良好的精度,在舱室声环境复现应用中具有良好的前景。

基于倒谱分析的弦乐和打击乐的源分离

针对音乐中弦乐和打击乐的分离(Harmonic Percussive Sound Separation,HPSS)问题,基于弦乐在时域上跨度长、频域上分布窄,而打击乐在时域上跨度短、频域上分布宽的特点,论文研究了一种倒谱滤波加后处理的分离方法。该方法在倒谱域设计滤波器将弦乐和打击乐初步分离后,对打击乐中残留的弦乐部分进行后处理,最后再变换回时域信号。采用音频信号客观评价(Perceptual Evaluation of Audio Quality,PEAQ)算法对分离后的音乐进行评估,结果表明该方法能有效地分离出打击乐和弦乐,同时无需数据驱动类分离方法中大量训练样本的支撑。

石油开采噪声控制研究与应用

文章详细介绍了钻机噪声源特征、工作场景特征要求、降噪设计关键难点、降噪方案及其成果,可为石油开采、钻探领域噪声控制工程提供借鉴。项目涉及的国际工程中标准的适用问题与解决方案,也可为同类国际项目提供借鉴。

沙漏型声子晶体的中低频隔声减振性能研究

针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理及减振特性,并研究了关键几何参数、散射体材料和声波入射角度对该结构的隔声特性的影响规律,以及板结构减振频带的拓宽方法.结果表明:该声子晶体结构在1 000 Hz以下频率范围内具有优越的隔声减振性能,通过将不同参数的结构进行组合的方法可以拓宽声子晶体板的减振频带,为工程结构的中低频隔声减振及声子晶体的应用提供了新的思路与可行性参考.

基于多层六边形MAM的变压器降噪方法设计

城市变压器的噪声治理是输变电工程中亟需解决的问题。该研究对某110kV变压器的噪声频谱进行分析,得到变压器噪声主频的分布特性。利用不同类型薄膜声学超材料隔声能力的互补性,设计了一种基于多层六边形薄膜型声学超材料的复合隔声结构。该隔声结构具有体积小、隔声性能强的特点。采用有限元法对六边形薄膜声学超材料建立仿真模型,研究分析薄膜厚度与预应力对其隔声性能的影响,结合分析结果对该材料进行优化。在此基础上,建立复合隔声结构的有限元仿真模型。仿真结果表明,该种复合隔声结构在变压器噪声的主频点均具有较高的声传递损失,最低可达20.4 dB左右,能很好地阻断变压器噪声传播。

风浪联合作用下分布式调谐质量阻尼器对海上半潜漂浮式风机的减振控制

海上半潜漂浮式风机在复杂深海环境下产生有害振动会威胁风机的安全性和耐久性,针对该问题并结合美国NREL的5 MW样机的漂浮平台几何结构构造,提出利用分布式调谐质量阻尼器(Tuned Mass Dampers,TMDs),即分别在漂浮平台的3根浮筒中布置TMD,形成等边三角形布置,对随机风浪联合作用下海上半潜漂浮式风机的平台纵摇振动进行控制。为了更好地描述分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机的减振效果,基于拉格朗日方程和模态叠加法,对海上半潜漂浮式风机-TMDs耦合系统提出并建立了9自由度多体动力学模型。基于H_(∞)算法,即以平台纵摇频响函数的峰值为优化目标,对分布式TMDs的参数进行优化设计,优化设计中考虑了3个TMDs之间的耦合关系。对风机-TMDs耦合系统开展了风浪联合作用下的数值模拟,分析了分布式TMDs对平台纵摇响应的减振效果。结果表明:最优设计下的分布式TMDs对海上半潜漂浮式风机平台纵摇振动具有良好的减振性能;在三种不同工况的随机风浪荷载作用下,分布式TMDs对平台纵摇固有频率附近的功率谱密度曲线峰值减振率和标准差减振率能分别达到39%和52%以上。

400 km/h高铁桥上直立式声屏障的列车风致振动

高铁列车提速使声屏障动力问题凸显.以列车高速行驶时引发的直立式声屏障的动力放大系数为研究对象,探究直立式声屏障结构的振动特性及影响参数.首先,建立高铁桥上直立式声屏障有限元模型,分析其基本动力特性;然后,开展声屏障在400 km/h移动列车脉动风荷载时程作用下的振动规律研究,据此计算声屏障钢结构的动力放大系数;最后,针对声屏障的振动响应和动力放大系数开展多参数分析.结果表明:车速400 km/h时,5.0 m高声屏障立柱的动力放大系数约为2.76;声屏障安装位置距轨道中心线距离从3.8 m增大到4.7 m,弯矩响应的动力放大系数减小了0.3;2.3、3.3、5.0 m高声屏障立柱弯矩响应的动力放大系数分别为1.64、2.52、2.76,顶部的横向位移由0.45 mm增大至3.80 mm,根部弯矩则分别提高了26.8%和60.8%,增大声屏障高度不利于结构的振动特性.