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.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)、高比強度、高比剛度等優(yōu)良特性而廣泛應(yīng)用于實際裝備中。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)嚴重的振動噪聲問題，減振降噪需求迫切。針對輕質(zhì)、高剛度結(jié)構(gòu)的振動噪聲問題，一方面需要引入阻尼機理對載荷引起的振動進行有效抑制，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，阻尼特性的加強會降低結(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)計中亟待解決的關(guān)鍵瓶頸問題。
　　本文以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)高剛度、高阻尼特性為目標，選取典型工程梁框架支撐結(jié)構(gòu)為對象，對結(jié)構(gòu)進行高剛度、高阻尼設(shè)計，其中重點研究結(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，從而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對低頻穩(wěn)態(tài)載荷和沖擊載荷的高效抑制。論文的主要研究內(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算方法。對兩種典型的手性超材料帶隙特性和波傳播方向進行了深入分析，結(jié)合帶隙起止頻率處的元胞振型，分析帶隙產(chǎn)生原因。對關(guān)鍵參數(shù)進行參數(shù)掃描，研究了手性超材料的拓撲結(jié)構(gòu)形式對帶隙位置、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)反共振點能量分布情況兩個角度，分析了質(zhì)量放大帶隙機理和局域共振帶隙機理，并研究了質(zhì)量放大型超材

4、料的負剛度、高阻尼特性，最后對關(guān)鍵參數(shù)對帶隙的影響規(guī)律進行了分析。
　　3.對手性超材料和質(zhì)量放大超材料進行阻尼結(jié)構(gòu)設(shè)計，在穩(wěn)態(tài)載荷和瞬態(tài)沖擊兩種激勵方式下實現(xiàn)了對工程梁框架支撐結(jié)構(gòu)振動的控制，并進行實驗驗證。針對特定敏感頻率（一階固有頻率）下的振動，優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式，實現(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，以實現(xiàn)低頻減振設(shè)計為目標，研究了兩種新型聲學(xué)超材料帶隙產(chǎn)生機理，帶隙