本文關(guān)鍵詞：基于局域共振聲子晶體的車輛聲能回收方法研究

  更多相關(guān)文章： 車輛噪聲 聲能量回收 局域共振聲子晶體 聲局域化效應(yīng) 多物理場耦合建模

【摘要】：近年來,微機電系統(tǒng)、無線傳感器在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛的使用,其電源多由化學(xué)電池供給,需要定期更換�；厥窄h(huán)境中能量為無線傳感器供電可減少化學(xué)電池使用量,具有顯著的經(jīng)濟價值和社會環(huán)境效益。隨著汽車保有量增大,車輛噪聲能量日益豐富,是良好的環(huán)境能量回收對象。本文提出采用壓電—1/4波長管聲子晶體回收車輛中、低頻(1000Hz以下)噪聲能量,通過理論分析和試驗探究驗證了該方法的合理性。首先,基于單體1/4波長管聲學(xué)阻抗特性,建立一維1/4波長管聲子晶體數(shù)學(xué)模型;采用傳遞矩陣法獲得其能帶結(jié)構(gòu),分析了各帶隙產(chǎn)生機理,明確了第一帶隙的局域共振特性;研究了支管間距、支管長度、主支管截面積比對該聲子晶體能帶分布的影響規(guī)律,所得結(jié)論可用于1/4波長管聲子晶體局域共振頻帶設(shè)計。其次,建立了1/4波長管聲子晶體聲學(xué)有限元模型并研究其聲局域化效應(yīng)。通過分析得知,該結(jié)構(gòu)聲局域化模態(tài)出現(xiàn)在帶隙起始、截止頻率附近;探究了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對聲局域化模態(tài)分布的影響規(guī)律,與傳遞矩陣法所得能帶分布變化規(guī)律一致;提出以各支管聲壓放大倍數(shù)ASP,n和結(jié)構(gòu)總體平均聲壓放大倍數(shù)TASP分別表征單個支管和整體結(jié)構(gòu)的聲局域化效果;分析了支管數(shù)量、支管間距、支管長度、主支管截面積比對聲子晶體各支管和整體結(jié)構(gòu)聲局域化效果的影響規(guī)律,結(jié)果可為高效聲局域化結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論參考。最后,針對固定結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)的壓電—1/4波長管聲子晶體建立多物理場耦合有限元模型,以預(yù)測壓電振子負載電壓的頻率響應(yīng)曲線并試驗驗證。計算結(jié)果表明,該結(jié)構(gòu)在帶隙起始、截止頻率附近聲電轉(zhuǎn)化效果較好。搭建聲能回收試驗臺,采集了聲波激勵下該結(jié)構(gòu)壓電振子負載上的電壓信號,與數(shù)值仿真結(jié)果相吻合,驗證了該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于車輛聲能回收的可行性。本文旨在研究車輛噪聲能量回收方法,所得結(jié)論可推廣應(yīng)用于低頻寬帶環(huán)境噪聲聲能量回收領(lǐng)域,具有一定的理論價值和指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：車輛噪聲 聲能量回收 局域共振聲子晶體 聲局域化效應(yīng) 多物理場耦合建模
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U467.493
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-22
• 1.2.1 車輛噪聲頻帶分布特性13-16
• 1.2.2 噪聲能量回收研究現(xiàn)狀16-20
• 1.2.3 局域共振聲子晶體研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 本文研究內(nèi)容22-25
• 第二章 車輛噪聲能量回收機理25-42
• 2.1 1/4 波長管聲場分布特性25-30
• 2.1.1 理想流體媒質(zhì)中的聲波動方程25-27
• 2.1.2 1/4 波長管聲共振特性27-30
• 2.2 聲子晶體及其理論基礎(chǔ)30-34
• 2.2.1 聲子晶體的周期性描述31-32
• 2.2.2 Bloch定理32-33
• 2.2.3 聲子晶體帶隙計算方法33-34
• 2.3 1/4 波長管聲子晶體34-41
• 2.3.1 傳遞矩陣法34-36
• 2.3.2 1/4 波長管聲子晶體帶隙機理分析36-38
• 2.3.3 能帶分布隨結(jié)構(gòu)參數(shù)變化規(guī)律38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第三章 車輛聲能回收結(jié)構(gòu)聲局域化效應(yīng)分析42-62
• 3.1 聲學(xué)有限元理論42-44
• 3.2 1/4 波長管聲子晶體有限元模型建立44-45
• 3.3 1/4 波長管聲子晶體聲局域化效應(yīng)45-48
• 3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對聲局域化模態(tài)分布的影響48-50
• 3.5 結(jié)構(gòu)參數(shù)對各支管聲局域化效果的影響50-58
• 3.5.1 單元數(shù)目N51-52
• 3.5.2 支管間距a52-55
• 3.5.3 支管長度l55-56
• 3.5.4 主支管截面積比r56-58
• 3.6 結(jié)構(gòu)參數(shù)對總體聲局域化效果的影響58-61
• 3.7 本章小結(jié)61-62
• 第四章 車輛聲能回收結(jié)構(gòu)聲電轉(zhuǎn)化效應(yīng)分析62-73
• 4.1 壓電動力學(xué)分析62-64
• 4.1.1 壓電振子的邊界條件62-63
• 4.1.2 壓電方程63-64
• 4.2 聲電轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)64-68
• 4.2.1 壓電振子置入方案64-66
• 4.2.2 聲—壓電耦合分析與有限元建模66-68
• 4.3 聲電轉(zhuǎn)化效果分析68-72
• 4.3.1 壓電振子模態(tài)分析68-69
• 4.3.2 壓電振子電壓輸出特性分析69-72
• 4.4 本章小結(jié)72-73
• 第五章 車輛聲能回收試驗研究73-81
• 5.1 測試儀器與樣品制備73-74
• 5.2 試驗方法及步驟74-76
• 5.3 試驗結(jié)果76-79
• 5.4 本章小結(jié)79-81
• 第六章 結(jié)論與展望81-84
• 6.1 論文主要研究結(jié)論及創(chuàng)新點81-82
• 6.2 展望82-84
• 參考文獻84-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果88-89
• 致謝89-90

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 郁殿龍,劉耀宗,邱靜,王剛,溫激鴻,趙宏剛;一維聲子晶體振動特性與仿真[J];振動與沖擊;2005年02期

2 王留運;熊濱生;王興;;任意散射體二維聲子晶體的帶結(jié)構(gòu)計算方法[J];鄭州大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2006年02期

3 曾廣武;肖偉;程遠勝;;多組聲子晶體復(fù)合結(jié)構(gòu)的隔聲性能[J];振動與沖擊;2007年01期

4 肖偉;曾廣武;;基于波傳播法的一維聲子晶體禁帶[J];機械工程學(xué)報;2007年01期

5 陳源;周敬東;周明剛;劉幺和;;周期性結(jié)構(gòu)聲子晶體研究概況[J];中國艦船研究;2007年04期

6 鄭玲;李以農(nóng);A Baz;;一維聲子晶體的振動特性與實驗研究[J];振動工程學(xué)報;2007年04期

7 徐偉;;二維聲子晶體帶隙影響因素研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2008年05期

8 王海峰;凡友華;王海洋;周夢平;;多層一維聲子晶體在建筑隔聲中應(yīng)用分析[J];中國建材科技;2008年04期

9 羅曉華;;彈性波與周期介質(zhì)相互作用及聲子晶體研究現(xiàn)狀[J];東莞理工學(xué)院學(xué)報;2008年05期

10 劉啟能;;一維固-液平板聲子晶體中彈性波的模式和帶隙[J];振動與沖擊;2010年06期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王健君;;通過組裝膠體顆粒實現(xiàn)特超聲子晶體[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

2 陳久久;秦波;程建春;;二維表面波聲子晶體的研究[A];中國聲學(xué)學(xué)會2005年青年學(xué)術(shù)會議[CYCA'05]論文集[C];2005年

3 許震宇;沈琦;龔益玲;;一維聲子晶體的數(shù)值和實驗研究[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

4 劉曉峰;汪越勝;;夾層聲子晶體板的缺陷態(tài)研究[A];中國力學(xué)大會——2013論文摘要集[C];2013年

5 吳英家;方慶川;凡友華;;新型聲學(xué)材料——聲子晶體的低頻高效隔聲性能研究[A];中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會2009年學(xué)術(shù)年會論文集（第二卷）[C];2009年

6 徐偉;汪越勝;;二維聲子晶體的等效非局部連續(xù)介質(zhì)模型[A];慶祝中國力學(xué)學(xué)會成立50周年暨中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

7 劉耀宗;孟浩;李黎;溫激鴻;;基于遺傳算法的聲子晶體梁振動傳輸特性優(yōu)化設(shè)計[A];第九屆全國振動理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2007年

8 祝雪豐;闞威威;程建春;;采用超晶格平面波展開和諧頻響應(yīng)法對硅基蘭姆波聲子晶體的研究[A];中國聲學(xué)學(xué)會2009年青年學(xué)術(shù)會議[CYCA’09]論文集[C];2009年

9 周小微;程建春;;二維聲子晶體中低頻彈性波傳播的有效速度[A];中國聲學(xué)學(xué)會2009年青年學(xué)術(shù)會議[CYCA’09]論文集[C];2009年

10 汪越勝;;聲子晶體波傳播特性的參數(shù)表征及計算方法[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 記者 張建列 通訊員 馮春;利用聲波實現(xiàn)“隔空探物”[N];廣東科技報;2014年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄧科;聲子晶體及聲超常材料的特性調(diào)控與功能設(shè)計[D];武漢大學(xué);2010年

2 闞威威;聲人工結(jié)構(gòu)對聲波的調(diào)控研究[D];南京大學(xué);2015年

3 李鵬;聲子晶體點缺陷模式及其傳感特性研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機械與物理研究所);2015年

4 王敬時;人工復(fù)合材料中聲表面波傳輸特性研究[D];南京大學(xué);2011年

5 黃洋;周期結(jié)構(gòu)中波傳播行為的主動和被動調(diào)控[D];浙江大學(xué);2015年

6 張洪波;聲子晶體板的帶隙調(diào)控及減振性能的研究[D];湖南大學(xué);2016年

7 趙浩江;聲子晶體薄板結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)對振動帶隙特性的影響分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 肖偉;聲子晶體型周期復(fù)合結(jié)構(gòu)禁帶特性研究[D];華中科技大學(xué);2007年

9 顧永偉;局域共振聲子晶體的優(yōu)化設(shè)計與模擬[D];上海交通大學(xué);2009年

10 蔡力;聲子晶體彈性波傳播特性研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 王海洋;二維組合聲子晶體薄板振動性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

2 沈耀輝;二維三組元局域共振型聲子晶體穩(wěn)態(tài)響應(yīng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

3 邱春印;二維聲子晶體的層間多重散射理論及聲子晶體相關(guān)的應(yīng)用設(shè)計[D];武漢大學(xué);2005年

4 馮昆;二維三組元聲子晶體低頻穩(wěn)態(tài)響應(yīng)探究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

5 王連坤;用于聲子晶體檢測的光外差測量技術(shù)研究[D];中國科學(xué)院研究生院（長春光學(xué)精密機械與物理研究所）;2010年

6 武維維;一維聲子晶體透射譜的理論研究[D];華中科技大學(xué);2011年

7 徐永剛;周期與非周期性一維聲子晶體能帶特性研究[D];陜西師范大學(xué);2013年

8 胡愛珍;聲子晶體缺陷態(tài)的溫度控制及蘭姆波禁帶的低頻調(diào)節(jié)[D];廣東工業(yè)大學(xué);2015年

9 徐超偉;基于鈦酸鍶鋇鐵電陶瓷的溫度調(diào)控型聲子晶體研究[D];湘潭大學(xué);2015年

10 朱興文;一維固液聲子晶體的禁帶特性研究[D];蘭州交通大學(xué);2015年

，

本文編號：1072828