周期結(jié)構(gòu)的振動行為與隔振性能研究.pdf

1、在人們的生活中，振動現(xiàn)象經(jīng)常被人們所利用去改變自然。與此同時，有些振動卻給人們帶來了困擾，如何減振降噪便成為了人們亟待解決的問題。伴隨著科技的發(fā)展，在航空、航天和航海等領(lǐng)域，對減振技術(shù)的需求已經(jīng)變得越來越迫切。目前的減振技術(shù)主要包括主動控制減振、被動控制減振和半主動控制減振。相對于主動控制和半主動控制減振，被動控制減振具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、易于維護(hù)并且無需外部能量支持等優(yōu)點。被動隔振結(jié)構(gòu)的設(shè)計和減振降噪性能研究具有重要的應(yīng)用價值，目前已

2、經(jīng)得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
　　人們在長期的研究中發(fā)現(xiàn)，彈性波在周期結(jié)構(gòu)中傳播時具有頻率帶隙特性，這是周期性的固有性質(zhì)。無需外部能源支持，周期結(jié)構(gòu)便可對頻率禁帶范圍內(nèi)的振動起到隔阻作用，即禁帶內(nèi)的彈性波和振動不能夠在周期結(jié)構(gòu)中傳播。為了研究周期結(jié)構(gòu)的隔振性能，本文采用譜元法對幾種周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)建模，進(jìn)而分析其減振降噪性能。
　　對于結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)具有一致性的簡單結(jié)構(gòu)，譜元法可以采用一個譜單元來建模。這對于含有大量這類簡單

3、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜周期結(jié)構(gòu)而言，譜元法可以大大地減少復(fù)雜結(jié)構(gòu)中單元的數(shù)量，從而減少整體結(jié)構(gòu)的自由度，減少計算成本。另一方面，采用譜元法可以求得高精度的頻域結(jié)果，這對于在頻域內(nèi)分析帶隙問題是十分方便的。本文通過與有限元方法所得到結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了譜元法結(jié)果的高精度性，也證明了譜元法在分析周期結(jié)構(gòu)帶隙特性中的優(yōu)越性。
　　本文采用譜元法推導(dǎo)了基礎(chǔ)單元：桿單元、扭轉(zhuǎn)軸單元、梁單元、壓電梁單元、板單元以及鉸單元的譜剛度矩陣，作為后續(xù)研究的理論基

4、礎(chǔ)。然后對平面周期桿系結(jié)構(gòu)、空間Kagome結(jié)構(gòu)、含有壓電材料的周期結(jié)構(gòu)、周期平板結(jié)構(gòu)和周期波紋夾芯板結(jié)構(gòu)的隔振性能依次進(jìn)行了深入地研究。在分析過程中，建立了不同周期結(jié)構(gòu)的整體譜剛度矩陣，進(jìn)而得到整體結(jié)構(gòu)的運動方程。在結(jié)構(gòu)的一側(cè)施加不同頻率的外激振力，通過對結(jié)構(gòu)運動方程進(jìn)行求解，得到周期結(jié)構(gòu)另一側(cè)拾取點的頻響曲線，進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)的帶隙特性。
　　針對不同類型的周期結(jié)構(gòu)，分析了結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)對結(jié)構(gòu)隔振性能的影響。討論了桿的長度對周期桿

5、-鉸結(jié)構(gòu)的影響，單胞的構(gòu)型和數(shù)量以及阻尼對周期桁架結(jié)構(gòu)的影響，以及不同方向上單胞數(shù)量對平面點陣結(jié)構(gòu)振動特性的影響。研究了子結(jié)構(gòu)數(shù)和材料參數(shù)對空間Kagome結(jié)構(gòu)隔振性能的影響。同時將壓電材料引入到周期結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成了具有隔振和能量收集功能的新型功能性材料，分析了壓電陶瓷的組分比對周期結(jié)構(gòu)禁帶特性的影響。對由壓電材料組成的含有缺陷的周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對其缺陷態(tài)進(jìn)行了研究。分析了由Kirchhoff板和Mindlin板構(gòu)成的周期平板結(jié)構(gòu)隔振