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外场对声子晶体梁弯曲振动带隙特性影响研究

籍夫建  
【摘要】: 声子晶体所具有的振动带隙特性使其在振动控制领域具有广阔的应用前景。通常情况下,结构参数和材料参数一旦确定则带隙特性也就随之确定了。如果在使用过程中能够根据需要改变声子晶体的带隙特性,则在工程应用方面会更为灵活和广泛。本文以工程结构中广泛应用的梁为对象,研究了外加扭矩(力场)和磁场时声子晶体梁的弯曲振动带隙特性变化规律,探索通过外加作用场来实现对声子晶体带隙特性的调控。 本文首先根据梁的弯曲振动在静态扭矩影响下会发生双向横振动的基本原理,利用有限元仿真的手段研究了静态扭矩对由钢和环氧树脂构成的声子晶体梁的弯曲振动带隙特性的影响。声子晶体梁处于自由振动状态,在一端施加y方向的振动激励,另一端为振动响应端。研究发现:一、由于扭矩的影响,y方向的激励会诱发x方向的弯曲模态,使声子晶体梁在弯曲振动带隙中出现共振峰;二、将振动激励施加于y方向,施加扭矩后,在带隙边界频率处,主振动以y方向振动为主要分量,而在带隙内共振频率处,主振动以x方向振动为主要分量;三、在扭矩作用下,声子晶体梁主振动方向与激励方向的夹角随频率的变化而变化,带隙内共振频率处振动方向会发生较大的相移,出现方向禁带。 本文又以实验与理论仿真分析相结合的方法研究了外加磁场对由铝和磁流变液(MRF)组成的声子晶体梁弯曲振动带隙特性的影响。基于磁流变液在外加磁场作用下弹性常数和阻尼发生显著变化的原理,一方面利用振动实验对声子晶体梁在不同磁场中的传输特性进行研究,另一方面基于有限元方法仿真分析了磁场对由不同基体材料和MRF构成的声子晶体梁的影响以及对不同体积比的声子晶体梁弯曲振动带隙的影响。研究结果表明:一、随着磁场强度的增加,梁的刚度和阻尼都随之增加,因而声子晶体梁的弯曲振动带隙向高频偏移,同时衰减作用增大。二、基体材料的弹性模量越大,磁流变液弹性常数变化所产生的影响作用越小,磁场对声子晶体梁弯曲振动带隙特性的影响越不明显;三、磁流变液与基体材料的体积比越大,则磁场对声子晶体梁弯曲振动带隙的影响越显著。 总的来看,对于特定的声子晶体梁结构,外加扭矩和磁场可以有效地改变其带隙特性,选择合适的结构和材料参数可以对外场的控制作用进行优化。本文的研究结果对促进声子晶体应用于工程结构的振动控制具有一定的意义。


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1 籍夫建;外场对声子晶体梁弯曲振动带隙特性影响研究[D];国防科学技术大学;2007年
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