基于聲學(xué)超材料的高剛度高阻尼結(jié)構(gòu)低頻減振設(shè)計(jì).pdf

1、隨著飛行器、艦船、高速列車等工程裝備不斷向輕質(zhì)、高速、重載等方向發(fā)展，復(fù)合材料、超輕多孔材料、蜂窩材料兼具輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度等優(yōu)良特性而廣泛應(yīng)用于實(shí)際裝備中。結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)和高剛度特性導(dǎo)致其環(huán)境適應(yīng)性差，容易引發(fā)嚴(yán)重的振動(dòng)噪聲問(wèn)題，減振降噪需求迫切。針對(duì)輕質(zhì)、高剛度結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題，一方面需要引入阻尼機(jī)理對(duì)載荷引起的振動(dòng)進(jìn)行有效抑制，另一方面仍然需要保證結(jié)構(gòu)高剛度特性滿足承受外界載荷需求。通常情況下，阻尼特性的加強(qiáng)會(huì)降低結(jié)構(gòu)的剛度特

2、性。因此，在工程減振降噪領(lǐng)域，剛度與阻尼的矛盾已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中亟待解決的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題。
　　本文以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)高剛度、高阻尼特性為目標(biāo)，選取典型工程梁框架支撐結(jié)構(gòu)為對(duì)象，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行高剛度、高阻尼設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)研究結(jié)構(gòu)的低頻高阻尼特性。本文以超材料理論為基礎(chǔ)，利用超材料所具有的彈性波低頻帶隙特性，設(shè)計(jì)手性超材料和質(zhì)量放大型超材料結(jié)構(gòu)阻尼單元，嵌入梁框架結(jié)構(gòu)中，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對(duì)低頻穩(wěn)態(tài)載荷和沖擊載荷的高效抑制。論文的主要研究?jī)?nèi)容和研究結(jié)論

3、如下：
　　1.建立了二維人工周期結(jié)構(gòu)帶隙特性和波傳播方向性的計(jì)算方法。對(duì)兩種典型的手性超材料帶隙特性和波傳播方向進(jìn)行了深入分析，結(jié)合帶隙起止頻率處的元胞振型，分析帶隙產(chǎn)生原因。對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行參數(shù)掃描，研究了手性超材料的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式對(duì)帶隙位置、寬度的影響規(guī)律。
　　2.研究了一種質(zhì)量放大型超材料帶隙特性。從帶隙起止頻率處振型和帶隙內(nèi)反共振點(diǎn)能量分布情況兩個(gè)角度，分析了質(zhì)量放大帶隙機(jī)理和局域共振帶隙機(jī)理，并研究了質(zhì)量放大型超材

4、料的負(fù)剛度、高阻尼特性，最后對(duì)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)帶隙的影響規(guī)律進(jìn)行了分析。
　　3.對(duì)手性超材料和質(zhì)量放大超材料進(jìn)行阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在穩(wěn)態(tài)載荷和瞬態(tài)沖擊兩種激勵(lì)方式下實(shí)現(xiàn)了對(duì)工程梁框架支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng)的控制，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。針對(duì)特定敏感頻率（一階固有頻率）下的振動(dòng)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了一階固有頻率處極大衰減的抑振效果。
　　總之，本文以高剛度、高阻尼結(jié)構(gòu)的工程需求為牽引，以實(shí)現(xiàn)低頻減振設(shè)計(jì)為目標(biāo)，研究了兩種新型聲學(xué)超材料帶隙產(chǎn)生機(jī)理，帶隙