周期結(jié)構(gòu)的振動(dòng)行為與隔振性能研究.pdf

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

2、經(jīng)得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。
　　人們?cè)陂L(zhǎng)期的研究中發(fā)現(xiàn)，彈性波在周期結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)具有頻率帶隙特性，這是周期性的固有性質(zhì)。無(wú)需外部能源支持，周期結(jié)構(gòu)便可對(duì)頻率禁帶范圍內(nèi)的振動(dòng)起到隔阻作用，即禁帶內(nèi)的彈性波和振動(dòng)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(duì)幾種周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模，進(jìn)而分析其減振降噪性能。
　　對(duì)于結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)具有一致性的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，譜元法可以采用一個(gè)譜單元來(lái)建模。這對(duì)于含有大量這類簡(jiǎn)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?gòu)?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(jì)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(duì)于在頻域內(nèi)分析帶隙問(wèn)題是十分方便的。本文通過(guò)與有限元方法所得到結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)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?jiǎn)卧弘娏簡(jiǎn)卧?、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(duì)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(guò)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(yùn)動(dòng)方程。在結(jié)構(gòu)的一側(cè)施加不同頻率的外激振力，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解，得到周期結(jié)構(gòu)另一側(cè)拾取點(diǎn)的頻響曲線，進(jìn)而分析結(jié)構(gòu)的帶隙特性。
　　針對(duì)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(duì)結(jié)構(gòu)隔振性能的影響。討論了桿的長(zhǎng)度對(duì)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(duì)周期桁架結(jié)構(gòu)的影響，以及不同方向上單胞數(shù)量對(duì)平面點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響。研究了子結(jié)構(gòu)數(shù)和材料參數(shù)對(duì)空間Kagome結(jié)構(gòu)隔振性能的影響。同時(shí)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(duì)周期結(jié)構(gòu)禁帶特性的影響。對(duì)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(duì)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