基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法与流程

本发明涉及弹性波传播，尤其涉及一种基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法。

背景技术：

1、任意结构受到激励产生应力，从而导致结构微元振动，振动通过微元之间的弹性相互作用力向相邻微元传递，即在结构中形成弹性波。微元间连续的应力差是弹性波向前传递的前提，微元间应力差突变将会引起弹性波传递特性的改变，如果应力差为零或反向(可通过人为引入外应力实现)，将会导致弹性波无法向前传播，从而产生禁带。

2、材料应力应变本构关系通常用材料动态力学参数(如拉伸模量和剪切模量等)描述，如材料中人为引入动态应力场将会改变材料应力-应变关系，在宏观上表现为等效动态力学参数的变化。

3、因此，针对上述问题，业内急需一种基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是提供一种基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，解决如何实现弹性波可调的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，包括以下步骤：

5、依据选取的环形粘弹阻尼层微元单胞，得到基于粘弹阻尼材料的圆柱壳体的运动微分方程；

6、基于平面波假设并联合所述运动微分方程建立圆柱壳体的弹性波频散关系特征方程，并得到所述圆柱壳体的频散曲线；

7、依据所述频散曲线，得到所述圆柱壳体的波形图，分析低频段下不同周向阶数下波形的传播类型；

8、依据分析结果，选取设定的周向阶数确定负属性材料参数对所述圆柱壳体的弹性波传递，并确定低频段下所述负属性材料参数对弹性波传递特性的第一影响规律。

9、进一步地，所述依据选取的环形粘弹阻尼层微元单胞，得到基于粘弹阻尼材料的圆柱壳体的运动微分方程，具体为：

10、选取一段环形粘弹阻尼层微元单胞，确定圆柱壳微元上的受力及力矩，根据不同方向的力和弯矩的平衡关系，得到所述运动微分方程。

11、进一步地，所述基于平面波假设并联合所述运动微分方程建立圆柱壳体的弹性波频散关系特征方程，并得到所述圆柱壳体的频散曲线，具体为：

12、基于平面波假设并联合所述运动微分方程建立粘弹阻尼层的波动方程，并基于所述波动方程得到不同周向模态对应的弹性波频散关系特征方程，分别采用解析法、数值法计算所述频散曲线。

13、进一步地，采用解析法、数值法分别得到的频散曲线完全重合。

14、进一步地，所述依据所述频散曲线，得到所述圆柱壳体的波形图，具体为：

15、选取所述频散曲线的某一频率点做出其波形图。

16、进一步地，所述分析低频段下不同周向阶数下波形的传播类型，具体包括：

17、当周向阶数n＝0时具有纵波和扭转波，随着周向阶数的增大，传播波的起止频率逐渐向频率高处移动；

18、当周向阶数n＝1时全频段均为传播波；

19、当周向阶数n>15时，1～300hz内仅存在不能传播的近场波。

20、进一步地，所述依据分析结果，选取设定的周向阶数确定负属性材料参数对所述圆柱壳体的弹性波传递，并确定低频段下所述负属性材料参数对弹性波传递特性的第一影响规律，具体为：

21、选取周向阶数n＝1，得到粘弹阻尼层的不同拉伸模量e22、e33，分别调节材料参数为负数，使其具备超常的负参数区域，确定不同材料参数拉伸模量为负数时对弹性波传播特性的第一影响规律。

22、进一步地，当设置e22、e33为产生超常负属性的拉伸模量时，波数的虚部产生负区域。

23、进一步地，所述并确定低频段下所述负属性材料参数对弹性波传递特性的第一影响规律之后，还包括：

24、依据所述第一影响规律，改变动态力学参数，并调节所述圆柱壳体中的材料模量为复数，分析复属性材料参数对弹性波传递特性的第二影响规律。

25、进一步地，所述分析复属性材料参数对弹性波传递特性的第二影响规律，具体为：

26、拉伸模量设计为复数时，在材料中增加阻尼以使得共振频率内峰值平滑。

27、(三)有益效果

28、本发明的上述技术方案具有如下优点：

29、本发明的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，通过改变粘弹阻尼层材料模量为负数或复数，使其具备超常属性，进而在结构中产生可调节禁带，禁带区域内弹性波无法向外传播，禁带区域外弹性波自由传播，并通过改变拉伸模量实现了对弹性波的阻隔和消耗。

技术特征：

1.一种基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述依据选取的环形粘弹阻尼层微元单胞，得到基于粘弹阻尼材料的圆柱壳体的运动微分方程，具体为：

3.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述基于平面波假设并联合所述运动微分方程建立圆柱壳体的弹性波频散关系特征方程，并得到所述圆柱壳体的频散曲线，具体为：

4.根据权利要求3所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，采用解析法、数值法分别得到的频散曲线完全重合。

5.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述依据所述频散曲线，得到所述圆柱壳体的波形图，具体为：

6.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述分析低频段下不同周向阶数下波形的传播类型，具体包括：

7.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述依据分析结果，选取设定的周向阶数确定负属性材料参数对所述圆柱壳体的弹性波传递，并确定低频段下所述负属性材料参数对弹性波传递特性的第一影响规律，具体为：

8.根据权利要求7所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，当设置e22、e33为产生超常负属性的拉伸模量时，波数的虚部产生负区域。

9.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述并确定低频段下所述负属性材料参数对弹性波传递特性的第一影响规律之后，还包括：

10.根据权利要求1所述的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，其特征在于，所述分析复属性材料参数对弹性波传递特性的第二影响规律，具体为：

技术总结
本发明涉及弹性波传播技术领域，尤其涉及一种基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法。本发明的基于动态力学参数的低频弹性波传递特性影响分析方法，包括步骤：依据选取的环形粘弹阻尼层微元单胞，得到基于粘弹阻尼材料的圆柱壳体的运动微分方程；基于平面波假设并联合运动微分方程建立圆柱壳体的弹性波频散关系特征方程，并得到圆柱壳体的频散曲线；依据频散曲线，得到圆柱壳体的波形图，分析低频段下不同周向阶数下波形的传播类型；依据分析结果，选取设定的周向阶数确定负属性材料参数对圆柱壳体的弹性波传递，并确定低频段下负属性材料参数对弹性波传递特性的第一影响规律。其能够解决如何实现弹性波可调的问题。

技术研发人员：尹丹杰,闫孝伟,易凯军,向平,苏琳,丁磊,常鹏善,陶妍
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司系统工程研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29