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基于带隙理论的管路系统振动特性研究

作　者: 沈惠杰
导　师: 温熙森
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 声子晶体带隙特性管路振动特性传输特性
分类号: TB123
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 65次
引　用: 1次
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内容摘要

管路系统通常用来传递能量或物质,广泛应用于船舶动力、航空航天、核工业、深海石油开发等领域,充液管路系统是管路系统中最常见的一种形式。充液管路系统中存在液体压力波脉动、管壁结构振动以及两种振动之间的相互耦合,容易产生振动及噪声,甚至导致管路系统或机器损坏。声子晶体的带隙特性可以抑制特定频率范围内弹性波的传播,且频率范围可人为设计。将声子晶体思想引入到管路系统的结构设计中去,利用带隙特性抑制管路的振动,有望为管路系统的减振设计提供一种全新的技术途径。本文以管路系统的振动控制为研究目标,通过将声子晶体思想引入到管路系统的结构设计中,实现利用带隙特性抑制管路系统的振动传播。论文主要研究内容和结论如下:1、采用传递矩阵法,计算了无限周期直管路系统的振动能带结构及有限周期直管路结构的振动传输特性,研究了充液情况、支撑刚度、支撑数目、材料阻尼等因素对带隙特性及振动传输特性的影响。2、采用弯管离散模型,研究了周期弯曲管路系统的振动特性。计算了平面未充液周期管路的轴向振动、弯曲振动及其耦合振动传输特性曲线;分析了充液情况对充液平面周期管路轴向、弯曲及耦合振动特性的影响;进一步,研究了基于布拉格散射带隙机理的三维空间周期管路的耦合振动特性,分析了充液情况三维空间充液周期管路振动特性的影响。3、设计并搭建了管路实验系统,对基于布拉格散射带隙机理的周期直管、弯管在充液与未充液时的振动特性进行测试,初步验证了理论计算结果。总之,本文对周期直管、二维和三维周期管路的振动能带结构及振动传输特性进行了计算,对带隙特性及振动传输特性的影响因素及影响规律进行了分析讨论,通过搭建实验系统,对基于带隙理论的周期管路系统减振特性进行了原理性验证。研究工作有望为管路系统的振动控制提供了一条全新的技术途径。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-12
第1章绪论  12-22
  1.1 引言  12-13
  1.2 声子晶体研究综述  13-17
    1.2.1 研究概况  13
    1.2.2 带隙机理及带隙特性  13-15
    1.2.3 理论基础  15-17
  1.3 管路振动控制研究现状  17-20
  1.4 课题来源及研究内容  20-22
    1.4.1 课题来源  20-21
    1.4.2 研究内容  21-22
第2章一维周期直管的带隙特性  22-50
  2.1 管路振动微分方程  22-25
    2.1.1 轴向振动  22-24
    2.1.2 扭转振动  24
    2.1.3 弯曲振动  24-25
  2.2 轴向振动能带结构与传输特性  25-30
  2.3 扭转振动能带结构与传输特性  30-33
  2.4 弯曲振动能带结构与传输特性  33-48
    2.4.1 布拉格散射带隙机理的周期管路  33-41
    2.4.2 局域共振带隙机理的周期管路  41-44
    2.4.3 布拉格散射带隙机理与局域共振带隙机理耦合的周期管路  44-48
  2.5 本章小结  48-50
第3章二维平面和三维空间周期管系的带隙特性  50-68
  3.1 二维平面周期管系的振动特性  50-60
    3.1.1 振动传递矩阵  50-54
    3.1.2 充液周期弯管系统振动带隙特性  54-57
    3.1.3 未充液周期弯管系统振动带隙特性  57-60
  3.2 三维空间周期管系的振动带隙特性  60-67
    3.2.1 振动传递矩阵  60-63
    3.2.2 三维空间充液周期弯管系统振动带隙特性  63-64
    3.2.3 三维空间未充液周期弯管系统振动带隙特性  64-67
  3.3 本章小节  67-68
第4章管路实验系统设计与实验  68-76
  4.1 管路实验系统搭建  68-71
  4.2 管壁振动实验测试  71-75
  4.3 本章小结  75-76
第5章结论与展望  76-78
  5.1 主要研究结论  76-77
  5.2 研究展望  77-78
致谢  78-80
参考文献  80-84
作者在学期间取得的学术成果  84

基于带隙理论的管路系统振动特性研究

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