本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)動控制，更具體涉及一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，例如可應(yīng)用于軌道交通、施工強(qiáng)夯、爆炸試驗等領(lǐng)域的強(qiáng)振源振動傳播路徑控制。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，地鐵、輕軌以及市域高鐵等對周邊環(huán)境的振動和噪聲影響越來越大，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中的人員舒適問題、儀器設(shè)備無法正常使用，甚至造成社會穩(wěn)定問題；此外，對于施工強(qiáng)夯、爆炸試驗等強(qiáng)振動也會對周邊環(huán)境造成擾動，必須要采取振動控制措施。振動傳播路徑控制是振動控制關(guān)鍵環(huán)節(jié)的一項關(guān)鍵技術(shù)，可以有效切斷、衰減振動向遠(yuǎn)處或目標(biāo)位置傳播，屏障隔振是振動傳播路徑控制的一項重要手段和方法，已在實際工程中廣泛應(yīng)用，主要實現(xiàn)方式有排樁、隔振溝以及波阻板等，但是效果仍存在一些不足。多頻段止帶作用的隔振效果較好，如何實現(xiàn)良好多頻段止帶作用的隔振效果，對于實際工程具有重要實踐價值，但是目前這方面的研究仍處于初步階段。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，該技術(shù)在聲子晶體元胞設(shè)計的基礎(chǔ)上，獲得目標(biāo)隔振性能(頻帶截止特性)，再開展元胞組合設(shè)計，達(dá)到一定寬度、一定高度的組合元胞結(jié)構(gòu)后，裝入鋼管，形成鋼管-元胞組合聲子晶體單樁，單樁設(shè)計完畢后，再進(jìn)行由單樁向排樁進(jìn)行組合的周期結(jié)構(gòu)設(shè)計，周期結(jié)構(gòu)的設(shè)計考慮了距徑比等樁基礎(chǔ)設(shè)計理念，并進(jìn)行多方案優(yōu)化比選，形成最優(yōu)的周期結(jié)構(gòu)布置方案后，再開展有限元計算，評價屏障隔振效果。

2、更具體地，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括：

3、步驟一，面向目標(biāo)振源頻域特性，設(shè)計聲子晶體單胞元結(jié)構(gòu)特征；

4、步驟二，根據(jù)設(shè)計的聲子晶體胞元，計算分析聲子晶體胞元的截止頻帶特性，止帶帶寬應(yīng)能覆蓋振源的卓越頻率區(qū)間，如果振源的卓越頻段有多個，聲子晶體的止帶特性應(yīng)隨之符合；

5、步驟三，根據(jù)設(shè)計完畢的聲子晶體胞元，通過單胞結(jié)構(gòu)三維堆疊組合成一定的結(jié)構(gòu)，裝入鋼管樁后，組合搭建鋼管-聲子晶體單樁；

6、步驟四，根據(jù)組合鋼管-聲子晶體單樁，考慮群樁設(shè)計理論，設(shè)計基于鋼管-聲子晶體單樁的周期結(jié)構(gòu)；

7、步驟五：根據(jù)設(shè)計的周期結(jié)構(gòu)，不斷調(diào)整排數(shù)、列數(shù)以及布置方案，開展有限元數(shù)值計算，計算隔振效率，確定合理的方案。

8、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，步驟二還包括：基于聲子晶體的頻率截止特性，根據(jù)振源的頻帶特征，優(yōu)化設(shè)計聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)。

9、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，所述步驟一包括：聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)的幾何設(shè)計、止帶特性分析與優(yōu)化以及拓?fù)鋬?yōu)化。

10、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，所述步驟二還包括：利用試驗設(shè)計以及增材制造技術(shù)，在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析單胞結(jié)構(gòu)特性。

11、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，所述步驟三還包括：從聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)向三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆疊的優(yōu)化過程。

12、根據(jù)本發(fā)明的實施方案，所述步驟四還包括：鋼管-聲子晶體單樁組合結(jié)構(gòu)的振動控制性能分析以及考慮群樁效應(yīng)的距徑比優(yōu)化設(shè)計。

13、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計裝置，其特征在于，包括：

14、聲子晶體單胞元設(shè)計模塊，用于面向目標(biāo)振源頻域特性，設(shè)計聲子晶體單胞元結(jié)構(gòu)特征；

15、聲子晶體胞元的截止頻帶特性分析模塊，用于根據(jù)設(shè)計的聲子晶體胞元，計算分析聲子晶體胞元的截止頻帶特性，止帶帶寬應(yīng)能覆蓋振源的卓越頻率區(qū)間，如果振源的卓越頻段有多個，聲子晶體的止帶特性應(yīng)隨之符合；

16、鋼管-聲子晶體單樁搭建模塊，用于根據(jù)設(shè)計完畢的聲子晶體胞元，通過單胞結(jié)構(gòu)三維堆疊組合成一定的結(jié)構(gòu)，裝入鋼管樁后，組合搭建鋼管-聲子晶體單樁；

17、聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊，用于根據(jù)組合鋼管-聲子晶體單樁，考慮群樁設(shè)計理論，設(shè)計基于鋼管-聲子晶體單樁的周期結(jié)構(gòu)；以及

18、聲子晶體周期結(jié)構(gòu)優(yōu)化模塊，用于根據(jù)設(shè)計的周期結(jié)構(gòu)，不斷調(diào)整排數(shù)、列數(shù)以及布置方案，開展有限元數(shù)值計算，計算隔振效率，確定合理的方案。

19、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器以及一個或多個處理器；

20、所述存儲器用于存儲一個或多個程序；當(dāng)所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行，使得所述一個或多個處理器實現(xiàn)如本發(fā)明所述的方法。

21、本發(fā)明的用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，設(shè)計巧妙、要點顯著，能從聲子晶體的截止頻帶特性出發(fā)，根據(jù)目標(biāo)振源頻域特性，設(shè)計具有符合截止頻帶特征的聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)，再基于單胞結(jié)構(gòu)三向組合堆疊，并裝入鋼管樁，形成鋼管-聲子晶體單樁，再基于群樁設(shè)計理論，設(shè)計形成周期結(jié)構(gòu)屏障，并不斷優(yōu)化距徑比等關(guān)鍵因素，調(diào)整周期屏障的設(shè)計方案，最終形成可實現(xiàn)目標(biāo)隔振效率的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)屏障設(shè)計方案。本發(fā)明將聲子晶體和周期結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，引入到屏障隔振中，對于傳播路徑控制具有重要的指導(dǎo)意義。

22、根據(jù)下文結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會更加明了本發(fā)明的上述以及其他目的、優(yōu)點和特征。

技術(shù)特征：

1.一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：步驟二還包括：基于聲子晶體的頻率截止特性，根據(jù)振源的頻帶特征，優(yōu)化設(shè)計聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟一包括：聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)的幾何設(shè)計、止帶特性分析與優(yōu)化以及拓?fù)鋬?yōu)化。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟二還包括：利用試驗設(shè)計以及增材制造技術(shù)，在數(shù)值分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析單胞結(jié)構(gòu)特性。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟三還包括：從聲子晶體單胞結(jié)構(gòu)向三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆疊的優(yōu)化過程。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于：所述步驟四還包括：鋼管-聲子晶體單樁組合結(jié)構(gòu)的振動控制性能分析以及考慮群樁效應(yīng)的距徑比優(yōu)化設(shè)計。

7.一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計裝置，其特征在于，包括：

8.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲器以及一個或多個處理器；

技術(shù)總結(jié)
公開了一種用于屏障隔振的聲子晶體周期結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括：步驟一，面向目標(biāo)振源頻域特性，設(shè)計聲子晶體單胞元結(jié)構(gòu)特征；步驟二，根據(jù)設(shè)計的聲子晶體胞元，計算分析聲子晶體胞元的截止頻帶特性；步驟三，根據(jù)設(shè)計完畢的聲子晶體胞元，通過單胞結(jié)構(gòu)三維堆疊組合成一定的結(jié)構(gòu)，裝入鋼管樁后，組合搭建鋼管?聲子晶體單樁；步驟四，根據(jù)組合鋼管?聲子晶體單樁，考慮群樁設(shè)計理論，設(shè)計基于鋼管?聲子晶體單樁的周期結(jié)構(gòu)；步驟五：根據(jù)設(shè)計的周期結(jié)構(gòu)，不斷調(diào)整排數(shù)、列數(shù)以及布置方案，開展有限元數(shù)值計算，計算隔振效率，確定合理的方案。

技術(shù)研發(fā)人員：黃偉,徐建
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國機(jī)集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15