声子晶体板中低频宽禁带的形成机理

针对局域共振型声子晶体在低频处难以实现宽禁带的问题,提出了一种新型声子晶体结构并探究了声子晶体板中低频宽禁带的形成机理。该结构由互置型振子周期性阵列于一个二维二组元声子晶体板两边构成,采用有限元方法对其禁带特性和禁带形成机理进行理论研究发现:板波模式与振子的振动模式依据模态叠加原理,通过主导系统主模态的方式,影响着禁带的形成;当振子与基板二者主模态一致时,相互发生耦合,振子通过强烈抑制基板主模态,使的板内无波传播模式,进而形成面内、面外两种宽频子禁带;振子的振动模式是影响禁带宽度的决定因素,当其为整体振动模式时,对基板主模态的抑制作用最大,形成宽频禁带。仿真结果表明:新型声子晶体板中振子的振动模式被引入的互置型振子调节,致使振子出现了两种整体振动模式;两种整体振动模式分别对面内和面外子禁带进行单独调节,进而使禁带在大致相同的低频范围内被同时扩宽,最终重叠生成了一条带宽为599Hz的宽禁带。该研究突破了局域共振型声子晶体在低频处难以形成宽禁带的局限,可为声子晶体在工程结构低宽频减振中的应用提供理论基础和方法指导。     

局域共振型周期结构振动带隙形成机理

为了揭示局域共振型周期结构振动带隙的形成机理,以二维局域共振型周期结构为对象,依据动力学理论,提出了振动带隙形成的基础理论假设:振子和基体的振动模式,由其主模态主导,主模态依据模态参与因子通过模态切换形成不同的振动模式,并依此建立了振动带隙形成机理模型,研究发现:局域共振型周期结构中存在6种广义振动模式,各模式由基体的广义主模态主导,而广义主模态又由广义模态依据模态叠加原理形成,当被抑制时,广义子带隙形成。研究结果表明:振子广义主模态依据模态参与因子,通过抑制或释放基体的广义主模态实现振动带隙的打开与闭合;振动带隙特性主要由振子广义主模态的等效刚度和等效质量决定,通过设计振子可主动设计与调控结构的带隙特征。该研究不仅为工程结构的振动控制提供了新方法,为带隙的主动设计奠定了理论基础,也完善了周期结构的基本理论。     

超结构夹芯板及其低宽频振动带隙机理

针对厚板类结构的低频减振问题,将超材料/结构概念引入夹芯板中,提出了一种夹芯型超板——超结构夹芯板,其结构主要由夹芯型周期基板和内嵌于其中的夹芯型周期振子组成,具有轻质、高刚度、厚尺度和低宽频振动带隙特性。对其减振机理进行理论研究发现:夹芯型周期基板的振动模式与夹芯振子的振动模式依据模态叠加原理分别主导系统响应,当二者的主模态相互耦合时,振子通过抑制夹芯型周期基板的主模态,使夹芯型超板中不产生波传播模式,形成振动带隙;夹芯振子的刚度模式是影响带隙特性的主要因素,当其为混合刚度模式时,可实现带隙位置和带隙宽度一起调节,形成低宽频振动带隙。仿真结果表明:所设计的夹芯振子具有串并联刚度特性,致使振子中出现了两种刚度模式,分别对带隙位置和带隙宽度同时进行调节,最终于低频处将完全带隙扩宽了7倍。实验结果表明,所提出的夹芯型超板集夹芯板与超材料/结构二者优点于一体,实现了力学承载和低频带隙减振的统一,具有较好的低宽频减振特性,为厚板类结构的低频减振提供了新思路与方法。