基于PDE的斜入射一维周期结构隔振性能研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:junlintianxiap
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周期结构因其带隙特性,会对带隙范围内弹性波起屏蔽作用,已成为一种新型隔振手段并受到了广大学者关注。其中,针对表面波的一维周期结构现在仍局限于垂直入射方面研究,而在工程实际中,斜入射属于一般情况,所以对斜入射一维周期结构的分析无论是在理论方面还是在工程实际方面都非常有意义。本文基于周期结构理论和有限元软件COMSOL MULTIPHYSICS 5.4a中的偏微分(PDE)模块,分别考虑一维周期隔振墙、不同截面形式的隔振空沟和填充沟的斜入射问题,通过理论推导和数值模拟给出表面波斜入射一维周期结构的频散关系和频响函数的计算方法,讨论了斜入射情况下土体参数、隔振结构的结构参数、截面形式和填充材料等对一维周期结构(隔振墙和隔振沟)隔振性能影响;比较了垂直入射和斜入射情况下结构的隔振性能差异以及不同截面填充沟和空沟的隔振效果。得到的结果如下:1.表面波的入射方向对隔振墙隔振性能有很大影响。随着入射角度增大(偏离垂直入射方向),会产生更低阶的新带隙;每条带隙随入射角度增大带宽在不断变化,同时带隙中心频率不断升高;针对特定频率范围的表面波,按表面波垂直入射设计的隔振墙在入射角度增大到一定程度时,隔振墙对该频率范围无隔振作用。2.斜入射情况下,布置隔振墙的场地土体剪切模量越大,隔振墙隔振性能越好,但越硬的土体其隔振性能对入射方向越敏感。3.相比于周期隔振墙,入射角度对周期空沟隔振性能影响更大。斜入射时,周期空沟产生的低阶带隙的频率低于垂直入射时频率范围,能屏蔽更低频的振动。4.沟宽大于0.6倍周期常数或沟深大于0.8倍周期常数时,周期空沟对斜入射波隔振效果要好垂直入射情况;三角形和梯形截面周期空沟对斜入射波的屏蔽性能要好于矩形截面空沟。5.斜入射时,空沟隔振性能要好于EPS土工泡沫填充沟;若表面波垂直入射或接近垂直入射,矩形空沟隔振效果更好,否则,梯形截面更好。6.针对实际环境振动,设计梯形周期隔振空沟,比较30°倾斜布置与垂直布置隔振性能。发现30°倾斜布置时振动主频范围内波都有明显衰减,隔振效果要明显好于垂直布置隔振效果。
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