膨胀腔类超材料的传递损失研究*

声学超材料及结构已被广泛研究，其超结构通常利用3D打印技术实现，当结构刚度较小或者面积较大时，由声固耦合所导致的声学效果与设计不符的情况广泛存在。本文针对含有膨胀腔类的超材料，研究了声固耦合对其声学性能的影响，采用有限元计算结合阻抗管实验的方法，得到其传递损失，分析了声固耦合现象对传递损失的影响。结果表明：薄壁膨胀腔结构的作用频率范围与只考虑声学理论计算的设计不符，声固耦合现象对传递损失产生显著影响；采用增加膨胀腔壁厚、减少膨胀腔内径或选择金属材料的方式，都可以使得声固耦合现象对传递损失的影响减小；仿真结果与实验结果基本吻合。该研究结果说明：对于膨胀腔类超材料，当刚度较小或者面积较大时，对其进行声固耦合分析是完全必要的。     

磁力负刚度薄膜结构低频吸声特性

针对背腔深度较小的薄膜吸声结构难以实现低频吸声的问题,提出了磁力负刚度的解决方法。采用传递矩阵法,建立了负刚度薄膜吸声结构理论模型,分析得出该结构的声阻抗等同与大背腔常规薄膜吸声结构的声阻抗;阻抗管实验验证得出,在一定磁场条件下,不同背腔的负刚度薄膜吸声结构与无负刚度结构相比其共振频率显著下降,吸声系数曲线与理论结构吻合。负刚度机制能够降低薄膜吸声结构的共振频率,用较小背腔实现低频吸声,从而实现薄型低频吸声结构设计。      

列车运行下环形轨道模型振动试验分析

搭建了环形轨道振动试验平台,开展环形轨道振动试验、轨面不平顺振动试验研究。采用INV3062T信号采集仪和INV-9828加速度传感器分别对轨道的横向响应(道床)、纵向响应(轨腰)、轨道表面和扣件支撑处进行加速度信号采集。通过凸起模拟了轨道不平顺,试验分析了轨面不平顺对钢轨动态响应的影响。分析了速度对横波、纵波和轨面不平顺的影响。结果表明:轨道横向振动幅值远大于纵向振动;相邻扣件中点处的振动响应大于扣件处;轨面不平顺会使振动响应增大甚至引起跳动;随着速度的增大,轨道振动位移响应呈上升趋势。     

薄膜超构表面声扩散体扩散性能研究*

针对传统的声扩散体结构复杂、加工不便的缺点,该文提出了一种薄膜型声学超材料扩散体,通过有限元软件建立了扩散体的有限元模型。分析了薄膜张力、质量块大小及背腔深度对声波相位调控的影响,并与传统施罗德扩散体的扩散性能进行比较,发现调控后的薄膜超构表面声扩散体对声能的吸收降低,并使入射声能更均匀地向全方向扩散。在相同的尺寸情况下,与传统施罗德扩散体相比,薄膜超构表面声扩散体在所需频段内扩散性能更优,结构更优,体积更小,质量更轻,加工更方便,更适用于工程应用。     

线耦合平板瞬态高频振动响应预报

提出了一种用于线耦合平板瞬态高频振动分析的预报方法.基于瞬态统计能量分析,从子系统能量平衡方程的动力学相似性,推导出了时域尺度变换法则:在时间尺度上进行缩尺变换,而损耗因子相应地成反比变换。在此基础上,针对线耦合平板的能量传递特点,导出了两种不同变换方式:一种对结构的材料参数进行变换,另一种对结构的几何参数进行变换。采用两种连接方式的线耦合平板模型对时域尺度变换方法进行数值验证,结果表明该方法能以较高的计算效率准确获得结构的瞬态高频振动响应。      

微穿孔板复合板型声学超材料的低频吸声

针对单层微穿孔板的低频吸声问题提出了微穿孔板复合板型声学超材料结构。将板型声学超材料置入微穿孔板结构的背腔内部实现结构复合。实验结果表明:在相同背腔厚度下,复合结构的吸声性能整体优于单层微穿孔板结构,其中复合结构的吸声曲线从396~892 Hz均大于0.6,在453 Hz处吸声系数达到0.972。利用有限元方法对复合结构进行了仿真,仿真计算的吸声曲线与实验吸声曲线的趋势基本相同,同时发现低频吸声主要由板型声学超材料与声波相互作用贡献。板型声学超材料的吸声峰值的对应频率处,其等效动态质量密度从正变负。在复合结构内部的微穿孔板和板型声学超材料存在相互耦合作用,使得复合结构的第一峰值发生微小偏移。增加板型声学超材料的质量块重量可以使第一吸声峰值向低频移动;保持总背腔厚度不变,增加板型声学超材料的子腔厚度,也可以使第一吸声峰向低频移动。      

带非线性弹簧的两自由度准零刚度隔振系统力传递率特性

基于多自由度系统中的反共振特性,分别在传统线性隔振系统的上、下两层引入非线性倾斜弹簧负刚度机构,构成两自由度准零刚度隔振器。通过静态特性分析,推导出系统满足零刚度条件时,各参数之间的关系,分析了力学参数及结构参数对系统刚度特性的影响。建立两自由度准零刚度隔振系统的非线性动力学方程,利用平均法求解,推导出力传递率表达式,结合数值分析方法,探讨系统在不同的上、下层隔振器阻尼比、竖直刚度比及质量比情况下的力传递率特性,并与单自由度准零刚度隔振系统及线性斜弹簧两自由度准零刚度隔振系统进行对比研究。结果表明：当结构参数 （即：倾斜弹簧处于静平衡位置的长度与倾斜弹簧原长的比值）较小且倾斜弹簧为软化弹簧时,可在平衡位置附近获得较小的系统刚度及较大的低刚度区间;通过选择适当的上、下层隔振器阻尼比、竖直刚度比与质量比,可减小系统的起始隔振频率,增宽隔振频带,加快系统力传递率在特定频段内的衰减速率,改善系统的低频隔振性能。