基于振幅放大机制的浮置板轨道低频轻质减振

为探讨在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容的可行性,基于振幅放大机制,设计一种杠杆式动力吸振器(LT-DVA)。采用能量泛函变分法建立了配置有LT-DVA的钢弹簧浮置板轨道动力分析模型,以轨道结构的力传递率、位移导纳为评价指标,通过与普通动力吸振器(DVA)进行对比验证LT-DVA的有效性。在此基础上,利用多频控制的思路,在浮置板上引入多个杠杆式动力吸振器(LT-MDVA),以实现宽频控制、高衰减的效果。进一步考虑列车荷载的作用,分析验证动态轮轨力作用下LT-MDVA的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明:由于振幅放大机制(振幅放大系数为α)的有益效果,LT-DVA的有效惯性质量、刚度、阻尼是同参数DVA的α^(2)倍,即工作能力是DVA的α^(2)倍;在LT-DVA的基础上,LT-MDVA能够有效拓宽振动衰减频段且提升振动衰减能力;相较于普通钢弹簧浮置板轨道,在动态轮轨力作用下,质量比仅为0.02的LT-MDVA不仅能够有效减小传递至下部基础的力(最大衰减约7.5dB),还能有效减小轨道结构的响应(钢轨和浮置板振动最大衰减约7.2dB和7.1dB),抑制浮置板轨道的振动放大现象,而同参数的MDVA几乎没有效果,证明了LT-MDVA能够在浮置板轨道低频振动控制中实现轻质减振和有效减振兼容。

含螺旋孔的超材料夹层板的带隙特性研究

本文提出一种新型低频宽带的穿孔超材料夹层板,旨在有效抑制板间横向振动。该结构的单胞由上下层面板、螺旋板、圆柱振子和支撑部件等构成。其中,螺旋板上设计4个螺纹孔,圆柱振子通过螺栓固定于板中心,螺旋板通过两侧横板与支撑部分连接。采用COMSOL仿真软件对胞元进行有限元分析,获得了无限周期结构的能带和共振模态,并计算了有限周期结构的传输透射率。结果表明,该结构能够产生两个宽幅的低频振动带隙,带隙范围内的振动衰减明显。本文进一步揭示了带隙机理,优化了结构参数,实现了两带隙的低频耦合,给出了符合工程实际需求的带隙。

折叠特征的低频Helmholtz共振器的数值计算与实验研究

Helmholtz共振器可有效抑制共振频率处噪声。提出一种具备折叠特征的Helmholtz共振器。基于有限元分析,计算共振器在100至800 Hz频带内传输损失曲线,并根据传递函数法进行实验,验证数值计算的准确性。结果表明,在等体积条件下,具备折叠特征Helmholtz共振器有效频率更低,且在共振频率处传递损失达35 dB。使用响应面法对该共振器结构参数进行相关性分析,并获取结构参数对声学特征的影响。研究表明具备折叠特征的Helmholtz共振器能够有效降低共振频率,在低频降噪控制工程领域中具有广阔应用前景。

液压弹簧式准零刚度隔振系统特性分析

针对车载精密仪器低频隔振,文章将两个液压弹簧作为负刚度元件,并与竖直弹簧并联构造了一种新型准零刚度隔振系统。通过对系统进行静力学分析,得到了实现准零刚度特性的参数条件;利用平均法求解了系统在简谐力激励下的幅频响应;采用马蒂厄方程判别法对系统的稳定性进行了分析;又分析了线性刚度参数和非线性刚度参数对力传递率的影响。研究结果表明,相较于线性系统,准零刚度系统的起始隔振频率降低了54%左右。该研究使得车载精密仪器在低频乃至超低频工况下也不会轻易损坏,具有广泛的应用前景。

核电厂管道系统的典型振动现象及其治理

管道振动过大会诱发本体和连接结构失效,对核电厂的安全可靠运行带来威胁。由于管道结构尺寸、介质条件、连接设备等的不同,表现出的振动响应特征也存在很大差异。通过对核电厂管道系统典型振动现象及案例的分析,将管道振动归纳为瞬态振动、低频振动、中频振动和高频振动四类,总结其振动原因与机理。最后对每一类振动问题,提出了减振治理的方法。

一种新型二维声子晶体的低频带隙特性及其形成机理

本文设计了一种新型的二维声子晶体结构,采用有限元法和等效模型法进行了深入研究,发现该结构具有良好的低频吸声性能。通过理论推导和仿真计算发现,在21 mm的晶格常数条件下,该结构在0~800 Hz具有完整的四条带隙。第一带隙下限低至40.28 Hz,且具有约为93 Hz的带宽,计算其传声损失后,发现其在低频域内具有良好的隔声效果,最大隔声量可达87.31 dB。对该结构的多个振动模态分析,建立相应的等效模型,并基于等效模型探究了不同因素对带隙频段造成的影响,总结出该新型二维声子晶体的一般性规律。研究结果表明,增大散射体密度和减小基体密度可以增加带宽,增大填充率和对散射体适当进行开孔处理可以改善带隙特性。该研究对于解决低频噪声控制问题具有一定参考意义和工程应用价值。

TID隔振器浮置板轨道低频减振特性研究

为了实现对地铁低频环境振动的控制,提出了一种基于TID(Tuned inerter damper,调谐惯容阻尼器)的浮置板板下隔振器,并以此形成新型浮置板轨道结构。分别探究了TID隔振器浮置板轨道的低频弹性波传播特性、简谐点荷载作用下振动特性以及列车荷载作用下减振效果;结合多目标遗传算法,开展了TID参数优化分析。结果表明:TID的引入使得传统钢弹簧浮置板新增弯曲波带隙,实现了对板内弹性波的调控;浮置板低频共振所致的振动放大问题得到较大改善。TID隔振器浮置板轨道在4 Hz~16 Hz频率范围内的减振效果得以提升,浮置板振动响应也得到减弱。

局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究

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。

穿孔板-膜腔复合型隔声板隔声特性研究

为解决动力设备运转过程中所产生低频噪声的问题,在薄膜型声学结构的基础上,提出一种穿孔板-膜腔复合型声学结构,采用有限元方法探究结构的声振特性及其隔声机理。以穿孔板-膜腔复合型声学结构为基础,建立大尺寸隔声壁板模型,系统探究结构尺寸、材料参数及构型方式对其隔声性能的影响规律,并结合仿真结果提出一种多层薄膜型穿孔板-膜腔复合型隔声板设计方案,可有效拓宽结构隔声频带,改善隔声性能。

橡胶自密实混凝土填充层结构的减振性能

基于阻尼耗能理念提出了一种新型减振措施——橡胶自密实混凝土填充层结构,研究了橡胶自密实混凝土的动态力学性能及其阻尼提升机理,采用环境振动预测模型分析了橡胶自密实混凝土填充层结构的减振性能.结果表明:橡胶降低了自密实混凝土的动态弹性模量和动态剪切模量,导致其泊松比增大,阻尼比随着橡胶掺量的增大线性增加;橡胶加大了基体对应力波能量的消耗,提高了自密实混凝土的阻尼性能;橡胶自密实混凝土填充层结构在1~200 Hz频段内的加速度级均小于普通自密实混凝土填充层结构,其中20 Hz以下的低频振动降低了3~5 dB左右.

基于复频散曲线的周期排桩减振效应分析

轨道交通运营引起的环境振动尤其是低频轨道交通振动会对相邻建筑物和人体健康造成有害影响,其传播距离远、隔振难度大,危害性大。针对低频轨道交通振动危害,采用排桩隔振方式,基于复频散曲线,研究实心桩和多层桩的隔振性能,并讨论阻尼对隔振效果的影响。首先,基于声子晶体技术,考虑材料阻尼特征,推导并验证二维复频散曲线计算方法。其次,计算纯土、实心桩、多层桩的复频散曲线,并提取最小虚部值进行衰减性能对比分析。最后,计算不同隔振结构频域响应,并与复频散最小虚部曲线进行对比研究。研究结果表明:复频散曲线理论提取的最小虚部值能精准地量化波传播时的衰减特性;频率越高,阻尼影响越大;在衰减域内,振动波之间相互散射与衍射是振动衰减的主要原因;在衰减域外,阻尼是造成振动衰减的重要原因;相比于周期性实心桩,周期性多层桩可获得更好的低频隔振性能;复频散曲线最小虚部值随频率的变化趋势与传输曲线变化趋势一致,因此,可以采用单个晶胞的复频散曲线虚部值来预测有限排桩隔振性能,从而大大节约计算资源;在实际工程应用中,要达到良好的衰减性能,排桩排数建议超过4排。

二维局域共振周期格栅结构的低频振动带隙特性研究

为了解决周期格栅结构在低频领域的振动问题,基于局域共振机理,本文设计了一种新型复合二维周期格栅结构,结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究,并在此基础上对结构进行优化设计。分析发现,仅对包覆层结构进行优化,便可大幅降低带隙的起始频率。带隙的位置由对应局域共振模态的固有频率决定,通过改变结构的材料和尺寸参数可以将带隙调节到满足实际工程应用的范围。数值仿真结果与试验测试结果一致,该结构可在40~90 Hz的低频范围打开宽度50 Hz的完全带隙,最大振动衰减达到36 dB。这种结构设计为周期格栅结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法,具有潜在的应用前景。

低频振动辅助固溶态7075铝合金摩擦行为和拉深成形性能

采用电液式激振设备在固溶态7075铝板(7075-WT)摩擦实验和拉深成形过程中施加低频振动场,探究低频振动对7075-WT拉深成形中摩擦行为及拉深性能的影响。结果表明,低频振动场下减小振幅和增大振频均有助于改善犁沟效应,降低坯料和模具之间的摩擦力。低频振动辅助拉深成形中,振动场对材料的软化效应和减摩效应显著影响杯型件的厚度分布及拉深极限。其中,当振频为30 Hz时,与0.243 mm振幅相比,0.078 mm的小振幅使7075-WT杯型件厚度分布更加均匀,极限拉深深度提升153.46%。在0.125 mm振幅、20~30 Hz振频条件下,厚度均匀性和极限拉深深度随振频的提高而降低。

新能源汽车永磁同步电机低频振动抑制可靠性分析

低频振动抑制由于高效便捷而被广泛应用于新能源汽车永磁同步电机中,为评估其抑制可靠性,设计新能源汽车永磁同步电机低频振动抑制可靠性分析方法,克服现有评估方法评估准确率较低的问题。基于加速度传感器与数据采集卡采集永磁同步电机低频振动抑制信号即永磁同步电机的位移跟随误差离散信号。为实现更加准确的低频振动抑制可靠性分析,需要对采集信号实施降噪处理,采用的降噪处理算法为CEEMDAN-SG联合去噪算法。设计低频振动抑制可靠性分析方法,实施新能源汽车永磁同步电机低频振动抑制可靠性分析与评估。测试结果表明,设计方法可靠性评估误差最小值与最大值均较低,说明其低频振动抑制可靠性分析准确性较高。

螺旋局域共振单元声子晶体板结构的低频振动带隙特性研究

低频振动和噪声的控制问题是当今环境面临的重要挑战。基于声子晶体的局域共振机理,设计一种新型的螺旋局域共振单元声子晶体板结构,并结合数值计算和试验测试对结构的低频振动带隙特性进行分析和验证。分析发现,共振带隙的产生是由螺旋共振单元的局域共振模态与板中传播的弹性波相互耦合作用造成的,而且带隙宽度与耦合强度直接相关。通过改变结构的材料和尺寸参数可以将共振带隙调节到满足实际应用要求的低频范围。数值计算结果与试验测试结果基本一致,同时证实所设计的结构在250 Hz以下的低频范围具有较宽的振动带隙,最低带隙频率低至42 Hz。这种结构设计及其研究结果为声子晶体研究提供了获得低频振动带隙的理论依据和有效方法,在低频减振降噪方面具有潜在的应用前景。

舰船管路系统声振控制技术评述与声子晶体减振降噪应用探索

舰船管路系统的低频振动和噪声控制问题是当前舰船设计和制造中亟待解决的重难点问题和研究热点。浅析了舰船管路系统振动与噪声产生的原因,综述了国内外管路系统减振降噪治理技术,指出当前振动和噪声控制技术中存在的瓶颈问题,结合近年来凝聚态物理领域新兴的声子晶体减振降噪研究,提出利用声子晶体周期结构设计技术解决舰船管路系统的低频减振降噪问题,并对国内外声子晶体理论在管路系统的减振降噪应用探索进行了概述,最后给出将声子晶体引入舰船管路系统低频减振降噪仍需深入研究和探讨的几个方面问题。

低频弹性波超材料的若干进展

超材料是一类新兴的具有超常物理性质的人造周期/拟周期材料,能够改变电磁波、声波以及弹性波等在介质中的传播特性.因在航天、国防以及民用科学等方面的巨大应用潜力,超材料自被提出后便受到极大的关注并引发研究热潮.弹性波超材料是超材料的一种,能够基于弹性波与超材料结构的相互耦合作用实现对弹性波的操控.带隙是评估弹性波超材料实现弹性波操控的重要工具,其性质与超材料的材料参数、晶格常数以及局域振子的固有频率相关.受制于超材料的承载能力、外观尺寸以及局域振子结构等因素,利用传统超材料开启低频(约100 Hz)弹性波带隙依然存在较大困难.文章首先简要介绍超材料开启弹性波带隙的基本原理,然后从低频弹性波超材料基本结构与低频带隙实现方法、低频带隙优化与调控策略、低频带隙潜在应用等三个方面详细总结低频弹性波超材料的研究工作.其中,低频带隙超材料的基本结构主要包括布拉格散射型超材料、传统局域共振型超材料以及准零刚度局域共振超材料.文章通过总结低频弹性波超材料的研究进展,分析了目前研究中的不足并对未来低频弹性波的研究方向进行了展望.

低频振动对原油黏度影响的实验研究

低频振动降低原油黏度是提高采收率的一种生态物理采油方法。通过室内物理模拟实验评价振动参数对原油黏度的影响规律。结果表明在低频振动条件下,振动时间为30 min,振动频率为20 Hz左右,振动加速度为0.04 g时,降黏效率最佳,降黏率可达72.9%。并且实验结果表明,在影响降黏效果的诸因素中,振动加速度的影响最大,其次是振动频率和振动时间。因而低频振动也可以通过降低油水流度比(原油黏度)来提高采收率。

大型浮筏隔振系统筏架耦合振动研究

大型浮筏隔振系统中的筏架(中间质量)是隔振系统振动传递控制的一个重要环节,使筏架前几阶模态频率避开隔振系统的低频特征频率是提高隔振系统低频隔振效果的关键。以大型隔振系统为研究对象,着重分析大型隔振系统筏架的上、下层支承边界特性对其前几阶模态振型和频率的影响,为提高大型隔振系统的低频隔振效果提供参考。

珍珠层复合堆叠材料中弹性波传播特性研究

通过建立珍珠层复合堆叠材料的拉伸剪切链模型和二维有限元模型,利用多重多级子结构方法研究声子晶体材料带隙特性。结果表明,珍珠层材料是一种具有较低及较宽一阶带隙且多个高频平直带的Bragg型声子晶体,这意味着此材料会导致非常宽的频率衰减区出现,并且其结构与带隙产生机理均不同于局域共振型声子晶体,所以不会出现类Fano干涉现象,更利于实现低频减振的目的。传输特性计算验证了多重多级子结构带隙计算结果的正确性和有效性。进一步研究表明带隙特性主要取决于硬材料("Brick")的密度以及软材料("Mortar")的弹性模量,珍珠层材料的一阶带隙受到这两个材料参数的耦合作用,适当匹配两种材料参数值可以获得更大的相对带隙,也可以进行带隙调控,为设计新型减振隔振材料提供指导。