基于一维声学黑洞效应的结构减振特性研究

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1、中图分类号：TB551TB535论文编号：102870118-S029学科分类号：080104硕士学位论文基于一维声学黑洞效应的结构减振特性研究研究生姓名郭浩学科、专业工程力学研究方向结构振动控制指导教师季宏丽副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonStructuralVibrationD

2、ampingCharacteristicsBasedonOne-dimensionalAcousticBlackHoleEffectAThesisinEngineeringMechanicsbyGuoHaoAdvisedbyAssociateProf.JiHongliSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的

3、研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，对结构中弹性波行为的操控已经成为了减振降噪领域中的热门话题，而声学黑洞效应恰好可以通过结构自身阻抗（局

4、部厚度）的变化来减少弯曲波从结构边界的反射，从而达到结构减振的目的。目前，针对这种特殊的结构形式，有关人员已经进行了大量的理论建模和实验探究，并取得了一定成果。在此基础上，本文根据声学黑洞效应的相关理论，设计了一种局部半径按一定幂函数形式变化的圆形截面杆，并对其结构减振特性进行了研究。首先，基于ABAQUS瞬态动力学分析，探究了一维声学黑洞效应在时域内的作用机制，验证了几何声学理论关于弯曲波在声学黑洞结构上传播特性的描述。并运用波场分离理论，通过计算结构局部的反射系数分析尖端截断和阻尼材料对一维声学黑洞

5、效应的影响。其次，基于ABAQUS稳态动力学分析和实验手段分别验证了尖端粘贴少量阻尼材料的一维声学黑洞杆结构的宽频减振特性。同时探究了阻尼层的厚度、分布位置、材料损失因子对结构整体阻尼效果的影响；最后，针对这种一维声学黑洞杆结构，提出了两种工程应用构想，并用仿真结果初步说明了可行性：一是根据其结构形式应用到一些常见部件的减振设计中，二是作为一种新型动力吸振装置附加在振动主结构上。关键词：声学黑洞效应，圆形截面杆，宽频减振特性，工程应用基金资助：国家自然科学基金(51775267)；国家自然科学基金重点项

6、目（11532006）；杰出人才培育基金项目(NE2015001)；六大人才高峰C类（JXQC-002）；江苏省基金重点项目(BK20150061)。本课题在机械结构力学及控制国家重点实验室研究完成。I基于一维声学黑洞效应的结构减振特性研究ABSTRACTWavemanipulationtechniquehasbecomeatopicalissueforsoundandvibrationreductioninstructuresintherecentyears.Theso-called'Acoustic

7、BlackHoleEffect'canreduceedgereflectionsofflexuralwavesbychangingthelocalthicknessofthestructure,whichcontributestothevibrationreductioninstructures.Atpresent,alargenumberoftheoreticalmodelsandexperimentshavebeencarriedoutbytheresearcherstorevealtheABHef

8、fect.Inthispaper,rodofcircularcross-sectionwithitslocalradiuschangingintheformofapowerlawprofileisproposedtoinvestigatethedynamicvibrationcharacteristics.Firstly,basedonthetransientdynamicsanalysisofABAQUS,thegenerationmec