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原文传递圆管结构轴向隔振性能优化设计

论文题名：	圆管结构轴向隔振性能优化设计
关键词：	管道结构;声子晶体;带隙特性;隔振性能
摘要：	长期以来，管道低频减振都有十分迫切的应用需求，是工程领域中的重要问题。声子晶体的带隙范围内禁止声音和振动的传播，并且带隙范围可以人为调控。因此，将声子晶体的概念引入到管道结构设计中，通过设计出具有期望带隙特性的管道结构，可以实现对管道低频振动的有效控制，这为管道系统的减振降噪提供了一种新的解决方案。本文以圆管结构的低频振动控制为研究目标，利用声子晶体的带隙特性设计了两种圆管结构，针对这两种结构开展了以下研究：　　（1）以金字塔点阵圆筒结构为对象，根据单胞的宽、高和阵列的个数等独立的结构参数进行参数化建模，并利用商用有限元软件计算了点阵圆筒结构轴向振动特性。通过无量纲手段针对归一化频率和相对带宽，系统研究了单胞的宽、高以及杆件直径等关键参数对减振效果的影响。并根据参数分析的结果，设计了一种具有低频宽带减振性能的金字塔点阵圆筒结构。使用增材制造技术制作了样件，并进行了振动测试实验，结果表明，实验和有限元模拟的结果基本一致，在500 Hz到1500 Hz范围内，结构表现出明显的减振效果，平均的衰减强度达到了50 dB左右。　　（2）利用局域共振型声子晶体的概念，通过参数化建模，设计了一种三组分圆管周期结构。然后基于有限元方法，建立了自动化能带结构计算软件平台，并联合ISIGHT优化分析软件，使用遗传算法，设置了不同的优化目标对结构进行优化设计，分析了影响管道减振效果的关键参数。在此基础上，使用聚氨酯弹性体浇筑制备了试验样件，完成振动测试实验并与有限元模拟结果进行对比。结果表明，实验结果与有限元仿真结果基本一致，在1000 Hz以下具有优异的减振性能。　　（3）评估了三组分圆管结构在受到轴向的位移载荷和管壁受到内压载荷时的减振性能，分析了在受到轴向拉伸、压缩和内壁受压时圆管结构构型和带隙变化趋势。结果表明，在拉伸应变为0.1的范围内，结构的带隙很稳定，基本和变形前一致；压缩应变时，带隙变化显著，整个带宽变窄，带隙的起始频率向高频移动；内壁受压时，压力在3 MPa以内，结构和带隙都十分稳定。
作者：	任怡
专业：	机械工程
导师：	刘海东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南科技大学
学位年度：	2023