广义声子晶体阻尼和失谐问题的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ajunyx
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作为一种在材料和结构参数上周期排列的复合结构物,广义声子晶体因其特殊的带隙机制已被科研学者针对大量典型的结构物进行了深入的理论研究并取得了一些研究成果。然而对于一个完整的理论框架而言,广义声子晶体还存在某些方面值得深入研究。本文以两类重要结构物(圆板、柱壳)为研究对象,借助理论分析、数值仿真以及实验验证等手段,深入分析了阻尼、失谐和动应力集中等关键问题对各类弹性波在柱系广义声子晶体中的传播机理和带隙发生发展规律的影响。主要内容包括:1、介绍了阻尼模型的多种构建方法,并考虑到粘弹性材料和研究对象的特性,以粘滞阻尼模型作为阻尼理论的基础并将其与弹性波动方程组结合,以此来进行各类弹性波(弯曲波、扭转波、面内纵波)在阻尼型柱系广义声子晶体中传播的理论分析;2、考虑一般材料的阻尼特性,并将粘弹性材料和阻尼合金等重要的阻尼材料引入广义声子晶体,构造阻尼型广义声子晶体圆板,考察各类弹性波在此类结构物中的传播行为和带隙特性的变化规律。进一步针对粘弹性材料,重点考察其固有的阻尼效应和弹性模量的频率非线性对弹性波传播行为的影响;3、将几何失谐和材料失谐引入广义声子晶体,构造失谐型广义声子晶体圆板,研究失谐量以及失谐参数分布特性对此类结构物中的各类弹性波传播特性的影响规律,重点探究不同失谐状态下通带与禁带之间的转化;4、基于声固耦合场的隔声特性,将阻尼、失谐等因素引入广义声子晶体柱壳,考察其在中心线声源和偏置线声源激励下的声学带隙规律。研究表明,粘弹材料的阻尼特性主要导致柱系广义声子晶体带隙的截止频率向高频段移动,且对于三类弹性波,幅度分别是330Hz、1300Hz、2300Hz左右,拓宽了带隙范围,同时弹性模量的频率非线性也证实这一变化,主要从虚部的变化体现出来;失谐型广义声子晶体视振动模型的不同,其失谐问题对带隙有不同的影响。总的来说,软材料的失谐现象带来的影响远比硬材料的失谐现象明显,并且集中表现在带隙内峰值增多和衰减量变化两方面。另外对于结构场内部的动应力集中行为也进行了分析,研究发现为了让结构处于健康状态,应使广义声子晶体在使用中处于一个合适的激励场源中,防止其受到结构破坏。
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