基于声子晶体的船机减振特性研究(3)
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【摘要】2.4 隔声特性 通过仿真计算得出纯基板与声子晶体板的隔声参数,如图11,点线为声子晶体板的隔声量曲线,虚线为基板的隔声量曲线。可见在带隙的频率
2.4 隔声特性
通过仿真计算得出纯基板与声子晶体板的隔声参数,如图11,点线为声子晶体板的隔声量曲线,虚线为基板的隔声量曲线。可见在带隙的频率范围内声子晶体板表现出良好的隔声效果。
图11 有限周期声子晶体板与基板隔声特性曲线Fig.11 Sound insulation characteristic curve of finite-period phononic crystal plate and substrate
3 振动分析实验
3.1 实验材料与装置
按照笔者提出的声子晶体板模型,浇筑了1块有限周期的声子晶体板,如图12,将橡胶软管包覆钢条,形成一根根散射体,将其放在模具中周期性排列后,再将环氧树脂浇筑到模具中,待反应冷却硬化后,形成声子晶体板。通过振动信号分析仪在低频范围测量声子晶体板和环氧树脂基板的输入输出信号,从而分析其实际减振效果。
图12 声子晶体板Fig.12 Phononic crystal plate
如图13,将声子晶体板横放在激励梁上并用夹持器固定,由激励装置对梁施加不同频率的激励,频率大小可人工调节,右端为输入传感器,可在振动信号分析仪上显示波形和峰值。激励通过声子晶体板作用,在左端输出端传感器采集信号,同样记录输出峰值。
图13 实验装置Fig.13 Experimental device
为了进行比对,另外浇筑了一块纯环氧树脂基板,将其用同样的方法进行振动实验分析,记录数据,得出两个板在低频范围的的实际减振效果。
3.2 实验结果分析
手动调节振动信号分析仪,在20~100 Hz范围内每隔2 Hz施加激励信号,记录输入输出信号的峰值。如图14,分别绘制声子晶体板和环氧树脂基板的振动激励曲线[9-10]。在36~40 Hz频率范围内,由于共振现象,激励信号的峰值陡增,但由于声子晶体板的作用,减振效果明显,且优于基板。在整个测试频率范围内,也可以从图中看出,声子晶体板对激励的作用明显优于基板,相较于基板有5~10个单位的衰减。这是因为声子晶体存在方向带隙和弯曲波带隙[11]。由于实际条件的原因,不能进行更大频率范围的测试,因为频率越大振动效果就越微弱,所以在完全带隙频率范围内的振动传输只能通过有限元仿真进行。而在前文的分析中,可知通过改变散射体材料,板的结构,填充率等,能得到更低频的带隙,在此带隙范围内的实际减振效果必然更加明显。
图14 声子晶体板和基板振动激励曲线Fig.14 Vibration excitation curve of phononic crystal plate and substrate
4 结 论
针对船机设备产生的低频振动和高分贝噪音,提出了一种二维局域共振声子晶体板。阐述了声子晶体理论,为船舶减振降噪研究提供了思路。通过有限元仿真及振动实验得到如下结论。
1)基体使用硬质材料如环氧树脂,使单元局域化,从而因局域共振理论产生低频带隙。使基体和散射体具有较大密度差和质量差,可以获得较宽的低频带隙。随着填充率的增大,带隙宽度也会增大,但到一定范围开始减小。填充率在0.7左右可获得较好的效果。
2)通过有限元仿真软件COMSOL计算,在完全带隙范围内,振动传输有明显损耗,隔声量也明显优于基板。通过振动实验分析,声子晶体板对低频激励的衰减作用也优于基板,整体对比分析相较基板有5~10个单位的衰减作用。
3)可将声子晶体板用于船机减振脚的隔振材料,可以取得较好的减振效果。
[1]郁殿龙, 温激鸿, 刘耀宗, 等.充液周期管路的轴向振动带隙特性[J].机械工程学报, 2009, 45(9): 36-40.
YU Dianlong, WEN Jihong, LIU Yaozong, et al.Axial vibration property of periodic pipe system conveying fluid[J].JournalofMechanicalEngineering, 2009, 45(9): 36-40.
[2]沈惠杰, 李雁飞, 苏永生,等.舰船管路系统声振控制技术评述与声子晶体减振降噪应用探索[J].振动与冲击, 2017, 36(15): 163-170+209.
SHEN Huijie, LI Yanfei, SU Yongsheng, et of sound and vibration control techniques for ship piping systems and exploration of photonic crystals applied in noise and vibration reduction[J].JournalofVibrationandShock, 2017, 36(15): 163-170+209.
[3]赵寰宇, 何存富, 吴斌, 等.类正方阿基米德格子声子晶体带隙稳定性实验研究[J].人工晶体报, 2013, 42(5): 891-895.
ZHAO Yuyu, HE Cunfu, WU Bin, et investigation on band gaps stability for two-dimensional phononic crystal with square-like archimedean lattice[J].JournalofSyntheticCrystals, 2013, 42(5): 891-895.
[4]孟浩, 高永, 李冰, 等.基于声子晶体理论的无人机自动驾驶仪减振方法[J].海军航空工程学院学报, 2017, 32(5): 438-442.
文章来源:《船舶工程》 网址: http://www.cbgczzs.cn/qikandaodu/2021/0207/345.html