基于振幅放大机制的无砟轨道周期结构弯曲波调控研究

【目的】轨道结构的振动一直是相关领域亟待研究和解决的问题。传统减隔振装置受到自身重量与列车行车安全性的限制,难以实现对轨道结构弯曲波的宽频调控。【方法】通过引入振幅放大机制,设计了一种杠杆式轨道综合减隔振装置。以CRTSⅢ型板式无砟轨道结构为研究对象,采用能量泛函变分法和人工弹簧技术建立了配置有轨道综合减隔振装置的周期性轨道结构波动分析模型和振动响应分析模型,研究了轨道综合减隔振装置对弯曲波的调控能力,并分析了轨道综合减隔振装置工作能力与振幅放大系数的关系。【结果】结果表明:采用振幅放大机制,能够有效增大减隔振装置的惯性质量,增强减隔振装置的阻尼特性和刚度特性,进而显著提升其工作能力。【结论】实现了轨道综合减隔振装置“低频隔振高频吸振”的超宽频弯曲波调控设计目标。

幂指数棱台声子晶体对薄板振动弯曲波的调控特性研究

针对薄板结构的振动控制,提出了一种幂指数棱台声子晶体构型,并对其带隙的产生机理和影响因素进行了分析,结果表明提出的幂指数棱台声子晶体具有三个弯曲波完全带隙,其中第二带隙宽度可达850 Hz。联合数值仿真和试验方法对声子晶体的弯曲波带隙进行了验证。随着棱台结构高度的增加,三个带隙的带宽扩大。棱台的幂函数幂次升高会使带隙的起始频率与终止频率降低,而边缘厚度的增高会弱化能量聚焦效应使带隙的宽度逐渐变窄。具有线缺陷的声子晶体板可使带隙频段内的弯曲波沿着设计路径传播。

含旋转振子的周期基础对地震弯曲波的隔震作用

提出一种含旋转振子的周期性基础(PF)板,用于高层建筑对地震弯曲波的隔震。早期对PF隔震的研究主要针对平面波,但地震波对于周期性基础板结构更易激发弯曲波。突破以往研究仅针对平面波的局限性,对弯曲波输入的频散关系进行探究;通过有限元法,利用可考虑板厚影响的SHELL单元计算PF板的弯曲波衰减域,系统研究材料参数和几何参数对弯曲波衰减域的影响;通过对三维有限元模型进行弯曲波和地震波入射的数值仿真试验,验证PF隔震的有效性。结果表明:弯曲波衰减域对连杆的宽度和弹性模量变化很敏感;在弯曲波输入下,PF的衰减域在10 Hz以下,与混凝土基础板相比,PF对弯曲波的隔震效率大于60%,能够作为高层建筑的隔震基础。

周期性舰船夹芯板弯曲波带隙与减振降噪研究

[目的]旨在研究轻质夹芯板弹性波的传播规律与减振降噪机理。[方法]采用有限元方法结合布洛赫定理,对周期性夹芯板色散关系与弯曲波带隙特性进行研究,分析振动传输特性和声传输特性,研究轻质夹芯板减振降噪特性,并对轻质夹芯板振动传递衰减特性进行实验验证。[结果]研究结果表明,由于布拉格(Bragg)散射调制作用,轻质夹芯板在特定频段存在弯曲波带隙,弯曲振动带隙频率范围内具有良好的减振降噪效果。[结论]轻质夹芯板结构参数对弯曲波带隙具有显著的调节作用,为舰船结构振动噪声控制与声隐身设计提供了新的技术途径。

二维声学黑洞对弯曲波的能量聚集效应

声学黑洞(Acoustic Black Holes,ABH)效应是利用结构厚度以一定幂函数形式减小,致使弯曲波的相速度逐渐减小而实现能量逐渐聚集,理想情况下弯曲波波速减小为0从而无法传递到结构边缘,也就不会发生反射。声学黑洞效应使得结构产生高能量密度区域,因此能高效应用于能量回收和振动噪声控制。为了研究二维声学黑洞结构具有弯曲波能量聚集效应,运用有限元分析软件ABAQUS建立了二维声学黑洞模型,从时域上研究弯曲波在声学黑洞区域的传播过程,结合有限元数值结果与振动功率流的结果分析弯曲波能量聚集过程。最后通过激光超声实验系统对二维声学黑洞中弯曲波传播过程进行成像与分析,实验结果验证了二维声学黑洞结构对弯曲波能量的聚集效应。

井孔压力与地层应力集中诱导的偶极弯曲波的分裂

利用在大形变基础上叠加小扰动的非线性波动理论———声弹性理论 ,数值考察了井外均匀各向同性固体介质同时受井孔静压力和井外单轴水平压力作用时 ,Stoneley波和两种偏振的偶极弯曲波的相速度频散曲线 ,并研究了计算中用到的灵敏系数随频率的变化 .数值结果表明 ,模式波相速度频散曲线的变化主要受灵敏系数中对应的 3个三阶弹性常数的项控制 ;由井孔周围应力集中引起的沿单轴压力方向和垂直于该方向偏振的弯曲波发生分裂 ,同时随频率的增大 ,两条频散曲线产生交叉 ;井孔静压力的作用使两条频散曲线交叉点的位置发生变化 ,交叉点相速度值随井孔压力的增加而增大 ,但对应的频率值不变 .

梁中非线性弯曲波传播特性的研究

研究了梁中的非线性弯曲波的传播特性,同时考虑了梁的大挠度引起的几何非线性效应和梁的转动惯性导致的弥散效应,利用Hamilton变分法建立了梁中非线性弯曲波的波动方程．对该方程进行了定性分析,在不同的条件下,该方程在相平面上存在同宿轨道或异宿轨道,分别对应于方程的孤波解或冲击波解．利用Jacobi椭圆函数展开法,对该非线性方程进行求解,得到了非线性波动方程的准确周期解及相对应的孤波解和冲击波解,讨论了这些解存在的必要条件,这与定性分析的结果完全相同．利用约化摄动法从非线性弯曲波动方程中导出了非线性Schrodinger方程,从理论上证明了考虑梁的大挠度和转动惯性时梁中存在包络孤立波.

横向各向同性地层井孔伪瑞利波、弯曲波、螺旋波的低频极限速度

在多极源声测井中,低频弯曲波或螺旋波被广泛应用于测量地层的横波速度.前人的研究已证明在各向同性地层中井孔伪瑞利波、弯曲波及螺旋波的低频极限速度都等于地层横波速度.大量的数值计算结果似乎表明此结论在横向各向同性(TI)地层情况下也能成立,但缺乏理论证明.本文在井孔平行于TI弹性地层对称轴的模型下,考察了井内声源激发的波在流-固边界上的反射和透射情况,阐述了非泄漏模式导波产生的必要条件并讨论了其速度上限值.我们发现在各向异性参数满足一定条件的TI地层中,导波速度的低频极限值小于沿井孔方向上的横波速度.通过对井孔导波的频散分析以及对时域全波列的数值模拟,论证了在这类地层中进行多极源声测井时,不可能根据弯曲波或螺旋波的到达时间准确获取地层的横波速度值.

含孔薄板弯曲波动的双互易边界元法

采用双互易边界元法对开孔无限大薄板弹性波的散射与动应力集中问题进行理论分析和数值计算.基于功的互等定理,采用静力基本解建立了薄板弯曲波动问题的双互易边界积分方程.作为数值算例,计算了圆孔附近的动应力集中系数,通过与已有结果进行比较,表明该方法简单有效并能够保证计算精度.

管壁不连续对管路中传播的弯曲波的隔离

采用梁弯曲振动的运动方程来求解管壁中传播的弯曲波,然后用传递矩阵的方法得出了弯曲波在通过管壁不连续段后的透射系数矩阵。利用边界条件,分析了管壁材料不连续段及其在管路中的布置情况对弯曲波透射系数的影响,并得出了如下结论:作为管路不连续段的铜管、铝管和挠性胶管都可以对管路中传播的弯曲波起到隔离作用,但它们也都有可能使振动放大。这与频率、边界条件和管路不连续段的布置密切相关;对极低频弯曲波的隔离是十分困难的,甚至是不可能的;管路不连续段的布置情况、管路边界条件(即支撑情况)和频率应当是管路隔振设计中需要特别注意的因素;挠性胶管在可以起隔离作用的条件下能够取得比铜管和铝管更低的透射系数和更大的位移补偿。

阻隔质量对杆类结构弯曲波隔离的工程应用研究

阻隔质量是结构噪声控制的一项重要技术。从波传播的研究出发,推导了具有阻隔质量的无限长杆类结构中弯曲波的无量纲化传递损失公式,分析了阻隔质量对弯曲波的传递损失特性。开展了阻隔质量技术对杆类结构弯曲波隔离的工程应用研究。理论分析表明,在阻隔质量技术对弯曲波隔离的工程应用中,传递损失主要与三个参量有关:阻隔质量的大小及其回转半径和杆的回转半径。为了提高弯曲波的传递损失,在容许的限制条件下,原则上应尽量增加阻隔质量块的大小和回转半径。如果杆件能够选择,减小杆件的回转半径也是改善弯曲波传递损失的一个有效措施。

三类有限挠度梁中的非线性弯曲波

在Bernoulli-Euler梁,Rayleigh修正梁和Timoshenko梁三种梁理论的基本方程中,分别引入有限挠度和轴向惯性,导出了相应的支配弯曲波传播的非线性偏微分方程组。采用行波解法,并运用某些积分技巧,将每个方程组转化为对应的单个常微分方程。定性分析表明,在一定条件下这些方程在相平面上存在同宿轨道或异宿轨道,分别对应着孤立波解和冲击波解。根据齐次平衡原理,用Jacobi椭圆函数展开对这些常微分方程求解,给出了精确的周期解及其模数m→1退化情况下的孤立波解或冲击波解,与定性分析完全一致。对三种方程解的分析表明,在通常关心的长波条件下,仅有有限挠度Timoshenko梁中的周期波解和冲击波解才有实际意义。

Poisson比对弯曲波在变截面梁中传播特性的影响

基于Timoshenko理论和梁几何不连续处位移连续和力平衡条件,得到弯曲波在变截面梁中反射和透射系数矩阵,进而研究材料Poisson比对弯曲波在梁变截面处传播特性的影响.结果显示,在负Poisson比阶段,透射传播波的振幅和能量有显著下降趋势,反射传播波振幅和能量上升明显.这说明负Poisson比有利于反射传播波在变截面处的生成,对透射传播波有抑制作用.此外通过对衰减波能量的分析,得到Euler-Bernoulli理论即使在低频范围内,有时会产生较大误差,因此在使用Euler-Bernoulli理论时应慎重.

大尺度弯曲波和木星磁盘的波状结构

本文提出,术星磁盘的波状结构可能是由木星等离子体片中存在的大尺度弯曲波引起的。从磁流体力学方程组出发,建立了一个自洽的稳态木星磁盘模式,在这个模式中包括了径向等离子体流和方位角方向的磁场。利用扰动的磁流体力学方程组,得出了普遍的色散方程。在某些简化条件下解出了色散关系。结果表明,弯曲波是一种新型的耦合波,即Alfvèn波和旋转波(频率相当于木星的旋转角速度Ω_J)相耦合的新型波。这种波的特性与等离子体片的结构相关。根据这种波的特征函数,给出了木星磁盘波状结构的表达式,理论结果与根据探测数据得出的经验形式相符。

周期加筋板中的弯曲波传播

本文采用波动分析法分析了周期加筋板中的弯曲波传播,推导了周期加筋板的波传播方程,分析了振动频率和平面弯曲波入射角对传播常数的影响。研究表明:平面弯工波以某一角度入射周期加筋板时,随着频率的变化,会交错的出现弯曲波传递的穿透频段和阻塞频段;周期加筋板没有明显的穿透频段。本文的研究为周期加筋板应用于结构声传递途径的控制提供了理论基础。

无限长输液管弯曲波的传播特性

从结构振动波的角度探讨了无限长输液管中结构振动特性，结果表明，在无阻尼条件下，弯曲波可分成两组，一组为沿正、反方向的传播波，另一组为沿正、反方向的衰减波．在有阻尼条件下，弯曲传播波变为沿正、反方向的远场波，同时衰减波成为正、反方向的近场波．研究了它们随阻尼。

一种模拟冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁弯曲波传播的数值方法

为研究冲击荷载作用下非均匀Timoshenko梁弯曲波问题,对考虑剪切变形和转动惯性的Timoshenko梁进行空间离散构造出控制体,并在时间域上交替运用控制体平动方程和剪力-剪应变关系式以及交替运用控制体转动方程和弯矩-曲率关系式,通过转角关系式建立平动和转动问题之间的联系,给出研究非均匀Timoshenko梁弯曲波传播的数值方法。通过两端无约束均匀圆形截面梁弯曲波的传播问题为例,与有限差分法进行对比验证了所提方法数值计算的准确性和有效性;冲击荷载作用下,针对几何不均匀的阶梯形悬臂梁弯曲波传播问题进行研究,结果表明:弯曲波在梁中的传播速度约为3 600 m/s。梁中控制体的转动惯性不可忽略,整体变形中的剪切变形部分不能忽略;危险截面不发生在悬臂梁的固定端处,也不在截面的变化处。所提方法适合于模拟冲击荷载作用下几何和材料非均匀Timoshenko梁中弯曲波的传播问题,是一种从波动理论角度研究冲击荷载作用下Timoshenko梁动力响应问题的有力工具。

快弯曲波方位差异判断各向异性类型的方法及其应用

利用正交阵列偶极声波测井可以提取地层各向异性,但有效区分各向异性的成因类型,特别是区分应力诱导成因还是裂缝等固有成因是个难题。在应力引起的各向异性中,由于应力的集中效应,快弯曲波方位角度在高、低频段的差值接近90°,而在裂缝、页理等固有的各向异性中,快弯曲波方位角度在高、低频段的差值接近0°。基于快、慢弯曲波声源信号一致的特征,构建了新的特征函数,实现了全频段快弯曲波方位角度的计算,同时在反演过程中引入全频段快弯曲波慢度始终小于慢弯曲波的约束条件,极大提高了反演计算的正确率。该方法不仅使正交阵列偶极声波测井能够提取各向异性,还能进一步区分各向异性类型,有效扩展正交阵列偶极声波测井在非常规储层勘探中的应用领域和深度。

弯曲波反演渗透率方法研究

渗透率是储层有效性评价的重要表征。分析了利用弯曲波反演渗透率的理论基础。以各向同性饱和流体孔隙介质充液井孔中声场传播理论为基础,通过正演计算得到弯曲波的衰减,结合实测弯曲波衰减,通过最小二乘法实现了地层渗透率的反演,并给出利用弯曲波反演渗透率的8个处理步骤。对实际测井资料的反演结果表明,弯曲波反演的渗透率曲线与岩心和常规曲线反映的储层性质吻合,和其他渗透率结果具有较好的一致性,其结果能满足现场工程的应用。

结构声强技术测量墙体结构中弯曲波耦合功率流

虽然结构声强技术已成功地应用于匀质薄壁结构，但在建筑结构的应用研究只是一些定性的探讨，本文应用结构声强技术研究建筑结构中弯曲波声强的测量，以传统方法获得的结构总损耗能量测量值为参考、基于95％合成置信区间研究弯曲波声强的测量精度，初步探讨结构声强技术在建筑中应用的可行性．