基于局域声子理论的铝合金型材低频降噪研究

针对高速列车在运行过程中产生低频噪声对人体的伤害,基于声子晶体局域共振理论的阻尼动力吸振器模型对高速列车的地板结构进行理论分析和软件仿真,得出较优的地板结构布置和较高的隔声量。首先通过分析局域声子板的多自由度系统的振动的耦合基本特征,对高速列车地板进行结构模态分析,然后通过商业多物理场软件对列车地板声固耦合结构施加平面波辐射载荷,分析在低频频域范围内的局域声子板的声透射系数再计算入射能量与透射能量之间能量损失情况,最后通过对局域声子板材料的优化设置,选择合理、经济、高效的材料设置,在低频范围内得到较好的隔声量。研究结果表明:经过合理的布置局域声子板对地板结构在低频(100~500 Hz)内隔声有很大的提高。

一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性

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.

附着式局域共振声子晶体薄板的带隙解析解

声子晶体(phononic crystal,PC)作为一种具有超材料特性的复合减振材料,其带隙范围的计算一直是研究的重点,目前主要的计算方法都是数值方法,得到的带隙范围依赖于系统参数的选取,而带隙的设计只能采取参数试凑或优化的方法。针对以上问题,根据局域共振型声子晶体(locally resonance phononic crystal,LRPC)薄板的动力学方程,得到系统振动位移的解析解。在此基础上,得到了阻抗表达式,并根据阻抗的概念阐述了带隙的形成机理,讨论了系统阻尼对带隙的影响,得到了无阻尼条件下带隙的解析解,所得结果与有限元及平面波展开法的计算结果一致。利用带隙解析解,可以非常方便地设计局域共振声子晶体薄板的带隙,为声子晶体的研究和应用提供了全新的方法。

基于COMSOL局域共振声子晶体薄板振动带隙研究

针对低频振动控制问题,研究一种局域共振声子晶体薄板的振动带隙。首先,基于弹性波方程及Bloch定理,探讨应用COMSOL有限元模拟方法开展声子晶体振动带隙计算的可靠性;然后,模拟计算所设计的局域共振声子晶体薄板的振动带隙,分析其带隙结构和元胞结构参数对振动带隙的影响,并以200 Hz~400 Hz的中低频为目标频段,通过选择带隙宽度在目标频段内占比最大的参数组合作为声子晶体薄板的最优设计方案;最后,在频域上考察声子晶体薄板内波的传输特性。研究表明,利用COMSOL有限元模拟方法开展声子晶体振动带隙计算是可靠的,与数值计算方法相比,其计算的带隙参数误差都很小;对于所设计的局域共振声子晶体薄板,元胞的结构参数对振动带隙具有显著影响,通过优选元胞结构参数,可使声子晶体薄板的振动带隙向低频区域移动;薄板内波的传输特性和薄板的振动位移图进一步证实了在振动带隙内薄板对波传播的阻碍作用。

基于含缺陷声子晶体孔板共振模式的可调局域声场设计

可调控的局域声场在开发新型滤波器、传感器和声操控微器件等方面具有潜在应用前景。文章数值模拟研究了一种二维正方排列含缺陷孔声子晶体孔板表面的局域声场。计算结果表明,选择不同的共振频率可以调控含缺陷声子晶体孔板表面的声场形态。这是因为缺陷孔与周期孔的Fabry-Perot共振频率不一致,导致含缺陷声子晶体孔板表面的耦合场有多种形态。该工作所设计的缺陷态声子晶体孔板,可为声场与微粒的精细相互作用研究提供声学载台。