干摩擦结构声辐射系统动力学响应的半解析解研究
批准号:
11602300
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
22.0 万元
负责人:
周奇郑
依托单位:
学科分类:
非线性振动及其控制
结题年份:
2019
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱拥勇、唐波、练永庆、刘宝、孙玉臣
中文摘要
项目拟研究干摩擦结构声辐射系统非线性动力学响应的求解方法。针对制动质量与结构组成的典型非光滑系统,考虑结构相对运动产生的非线性力,将声压视为作用于结构表面的未知外力,采用变分法建立由常微分与偏微分描述的含振速和声压的动力学方程。根据边界条件和Rayleigh法,将结构表面振速和声压展开为振型的函数,然后由声场积分公式和相容性条件,获得声压与振速的变分关系。针对非光滑干摩擦激励下的动力学问题,取结构的n阶截断模态,将质点振动、模态坐标和摩擦力展开为谐波函数的叠加,并将其代入耦合方程,利用曲线拟合法和增量谐波平衡法,导出系统动力学响应的半解析解。以制动系统为案例,分别考虑Stribeck模型和滞后模型的非光滑摩擦力,研究制动盘形状、边界条件等对动力学响应的影响;并由实验结果验证半解析解的有效性,获得非光滑系统声辐射特性的求解方法。项目在结构非线性振动与噪声控制方面具有重要的理论与应用价值。
英文摘要
The project will investigate the approach to solve the nonlinear dynamic response of the dry friction structure-acoustic radiation system. For the classical non-smooth system consisted by the braking mass and the structure, takes the nonlinear force due to the structures’ relative motion into account. Considering the surface pressure as an unknown external force on the structure, the dynamic equations including vibration velocity and acoustic pressure described by the ordinary differential and the partial differential equation are established based on variational formulation. According to the boundary condition and the Rayleigh method, the surface vibration velocity and the acoustic pressure are expressed by the mode shape function. Then the integral expression for sound field and the boundary conditions are employed to derive the variational relationship of the acoustic pressure and the vibration velocity. For the dynamic problem under the non-smooth dry friction excitation, selecting the structure’s n order truncation modal, expressing the particle vibration, the modal coordinates and friction force as harmonic components form, then the semi-analytical solution of the dry friction structure is derived by the incremental harmonic balance method and the curve fitting iteration method. Taking the braking system as example, considering the Stribeck friction model and the hysteresis friction model, the effects of the shape and boundary conditions of the brake disc to the vibration and the acoustic radiation characteristics of the system are investigated. The experiment about the vibration and noise of the braking system validates the semi-analytical method. The project will develop the solution to the acoustic radiation characteristics of the nonlinear system, and give the measures to control the vibration and noise which is significant in both theory and practice.
项目主要研究干摩擦结构声辐射系统非线性动力学响应的求解方法及其相关问题。内容涵盖了干摩擦结构声辐射系统的动力学建模、声辐射参数的Burton-Miller改进型积分方程求解、变边界声振耦合结构的拓扑优化、局域共振型声学超材料的声振分析等问题,具体研究内容及成果包括:(1)采用变分法建立了由常微分方程与偏微分方程描述的含声压和结构振速的干摩擦结构声辐射系统的方程,由模态展开法和增量谐波平衡法给出了系统动力学响应的半解析解。(2)针对干摩擦结构系统中辐射声压的多频计算问题,给出了保证声辐射参数在全频域内唯一性的Burton-Miller改进型边界积分方程及其解法,并推导了应用于轴对称结构的方程,通过案例比较了计算精度和效率;采用级数展开的方式,提出了保证解唯一性的Burton-Miller改进型边界方程的多频快速计算方法。(3)考虑变边界流固耦合条件下双向渐进结构优化算法中流体域/结构域不能快速转换的问题,提出了一种区域包络线更新法,推导了有限元耦合方程,采用拉格朗日乘子法将重力载荷的影响引入到目标函数中,分析了单元灵敏度公式。并将这种方法用于处理变边界流固耦合自重拓扑优化设计问题。(4)为了控制干摩擦结构辐射的噪声,推导了低频球面声波近场与远场散射声压的渐近解,并利用局域共振理论和多重散射理论,研制了多层宽频隔声型薄膜声学超材料。项目研究成果丰富和发展了干摩擦结构声辐射系统动力学理论,设计制作的多层宽频薄膜型声学超材料,对开发满足控制低频辐射噪声的器件,有重要理论与应用价值。
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DOI:
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发表时间:
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期刊:
声学学报
影响因子:
--
作者:
[刘宝, 王德石]
通讯作者:
王德石
DOI:
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发表时间:
2019
期刊:
华中科技大学学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[王旭东, 王德石, 刘宝]
通讯作者:
刘宝
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
微型机与应用
影响因子:
--
作者:
[唐波, 黄文玲, 张静远]
通讯作者:
张静远
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
振动与冲击
影响因子:
--
作者:
[周奇郑, 赵洋, 王德石]
通讯作者:
王德石
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
华中科技大学学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[刘宝, 唐宇航, 王德石]
通讯作者:
王德石
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