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原文传递声子晶体管路减振设计研究

论文题名：	声子晶体管路减振设计研究
关键词：	声子晶体;带隙特性;低频减振;附加质量;双局域振子;管路系统;振动控制
摘要：	管路系统是潜艇、舰船等装备的重要组成部分，具有动力系统冷却、重量补偿和二氧化碳吸收等作用。管路系统在工作过程中因管壁结构振动、流体压力波脉动等原因会产生振动并辐射噪声，其中低频振动与噪声尤为显著。这不仅造成环境污染，影响装备的工作性能，而且严重时可导致管路爆裂而酿成灾难。因此，有效控制管路系统的低频振动是管路系统设计领域需要解决的重要问题。受附加质量、安装空间等条件限制，传统的振动控制措施还难以很好地解决管路系统的低频振动问题，因此迫切需要发展管路系统低频减振设计的新理论和新技术。　　凝聚态物理领域中声子晶体理论的提出，为管路系统的减振降噪设计提供了新的理论和技术支持。声子晶体的带隙特性实现了人为调控弹性波在特定频段的传播，将声子晶体理论应用到管路系统的结构设计中，有望为管路系统突出的低频振动控制问题提供新的解决方法。　　本文以管路系统的低频减振为目标，将声子晶体理论应用到管路的结构设计中，通过调控弹性波在特定频率段的带隙特性，实现管路系统的低频减振。研究工作主要有：　　1、研究了周期管路的弹性波带隙理论并进行了带隙计算。基于声子晶体带隙理论和传递矩阵法，建立了布拉格周期管路和局域共振周期管路的理论计算模型，采用该模型计算了两种周期管路的带隙特性。　　2、设计了具有低频减振功能的周期管路并研究了其减振特性。基于布拉格带隙机理设计了一种附加质量的周期管路，基于局域共振带隙机理设计了一种双局域振子周期管路，两种结构均可实现低频范围内的宽带强衰减弹性波带隙。建立了这两种管路的理论模型，计算了其带隙及减振特性，并进行了有限元验证。最后，探讨了结构参数和几何参数对带隙及减振特性的影响规律。　　3、开展了周期管路减振特性的实验测试与验证。以双局域振子周期管路为实验对象，设计了实验管路系统的测试方案，搭建了实验管路测试系统，完成了双局域振子周期管路减振特性的实验测试。测试结果表明，基于带隙机理设计的双局域振子周期管路具有较好的减振功能。　　总之，本文基于声子晶体理论开展了管路系统的减振设计研究，设计了两种新型周期管路结构。建立了其带隙计算理论模型，计算了能带结构及振动传输特性，分析了结构参数和几何参数对带隙及减振特性的影响，开展了实验测试与验证。研究工作有望为管路系统的低频减振问题提供新的技术支持。
作者：	刘江伟
专业：	机械工程
导师：	郁殿龙
授予学位：	硕士
授予学位单位：	国防科学技术大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文