一维声子晶体管路振动带隙特性研究

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管路作为船舶中不可或缺的组成部分,发挥着至关重要的作用。然而管路系统在工作过程中,不可避免地会发生管道自身振动和管内流体脉动以及管道结构与管内流体相互作用而产生的流固耦合振动等振动问题。声子晶体作为一种人工周期性材料,可以使特定频率范围内的弹性波在传播时受到不同程度的抑制,根据声子晶体这一特性,结合船舶管路系统的实际情况,将其用于解决管路系统振动控制问题前景广阔。论文以船舶海水管路为对象,根据管路振动微分方程,包括轴向振动、扭转振动以及弯曲振动微分方程,建立管路单元之间的传递矩阵,利用MATLAB编程求解一维管路的能带结构图以及位移频率响应曲线;利用COMSOL软件求解一维管路的能带结构图,并借以验证传递矩阵法分析结果的正确性;研究分析一维二组元管路振动带隙,以及管壁厚度、晶格常数等管路结构参数,杨氏模量、剪切模量、管道密度等管路材料参数,流体密度等管内流体参数,对于管路轴向振动、扭转振动、弯曲振动带隙的影响规律;在一维二组元管路的基础上,引入一种硬材料,构建一维三组元声子晶体管路,推导、建立一维三组元管路的传递矩阵,编程计算无限周期管路的带隙图;分析对比一维二组元、三组元管路的三种振动带隙,分析研究铝、钢、环氧树脂三种材料组分比和晶格常数对三种振动带隙;设计、搭建声子晶体梁结构实验系统,通过实验验证声子晶体周期结构可以有效控制弹性波的传播。本文管路振动带隙分析结果可以为声子晶体管路设计提供理论支撑,为减振降噪问题提供一条新的解决思路。
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