基于能带理论的周期夹芯板振动传播特性研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:crocus
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周期复合结构是由两种或两种以上的弹性材料按照一定的周期性组合而成的新型功能结构。周期复合结构具有带隙(禁带)特性,即特定频率范围内的振动在结构中将不能传播。周期夹芯板是一种典型的周期复合结构,因此可以利用周期复合结构的带隙特性对夹芯板进行结构设计。当周期夹芯板处在振动的传播路径中时,可以阻止特定频段内的振动在结构中传播,实现结构减振隔振。本文对于周期夹芯板的分析和设计将为工程结构的减振、隔振提供一种新的思路。本文利用Comsol有限元软件对周期夹芯板进行了带隙的计算和分析。分别考虑了振动在周期空心钢筒夹芯板和周期正交肋板夹芯板以及横向振动在周期点阵夹芯薄板中传播时的带隙特性,分析了物理、几何参数等因素对带隙分布的影响。分析结果表明:1、周期空心钢筒夹芯板具有带隙特性。带隙的位置和宽度与组分材料的材料参数和几何尺寸有关。减小面板的杨氏模量和密度有利于获得低频带隙。增大芯体的密度可以降低带隙下边缘频率并增大带隙宽度。增大周期性常数或空心钢筒的厚度和高度,也有利于获得低频较宽带隙。存在最优的包覆层厚度使周期夹芯板出现最宽的带隙。将不同材料参数或几何参数的周期空心钢筒夹芯板“串联”可以扩宽带隙宽度。2、周期正交肋板夹芯板具有带隙特性。面板的杨氏模量和密度、周期性常数对于带隙的影响与空心钢筒夹芯板相同。存在最优的芯体密度使周期正交肋板夹芯板带隙达到最宽。芯体高度增加或者正交肋板厚度的减小有利于获得较宽的低频带隙。对周期空心钢筒夹芯板和周期正交肋板夹芯板的整体性和经济性进行了比较。3、横向振动在四面体型周期点阵夹芯薄板中传播时具有带隙特性,且带隙的位置和宽度与组分的材料参数和几何尺寸有关。减小面板的杨氏模量和密度有利于获得低频带隙。增大夹芯板周期性常数或高度,有利于获得低频较宽带隙。杆在底面投影长减小或夹芯板高度的增加会使带隙频率降低的同时宽度增大。利用带隙与芯体材料关系不密切的特性有更大的空间选择合适的材料做芯体。本文工作不仅为工程结构的减振、隔振提供了理论依据,也对推动周期夹芯板的合理设计及其在工程结构中的应用具有重要的现实意义。
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