专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术

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学术前沿 | 利用精确参数传递矩阵法研究充液周期管道的带隙精度和特性

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-06-13 21:39

正文

声子晶体理论为有效控制充满流体的管道中的弯曲振动提供了一种新方法。本文创新性地提出了精确参数传递矩阵方法来研究不同梁型充液周期管道的能带计算精度和带隙特性。首先，基于变形和受力分析，建立了充液管道弯曲振动的微分方程。系统状态的参数通过本构矩阵与导数矩阵相乘的结构形式精确表示。结合Bloch定理，提出了计算能带结构的新型精确参数传递矩阵方法。其次，通过与有限元仿真结果的比较，验证了该方法的有效性。详细分析了带隙形成的机制以及流体填充对能带结构的影响。然后，基于各种梁理论，研究了剪切变形、转动惯量及其耦合对充液周期管道频带计算精度的影响。最后，深入研究了不同材料参数、结构参数和激励条件下充液周期管道的带隙特性。这项研究为充满流体的周期性管道的结构设计和减振应用提供了宝贵的见解，为准确确定其带隙提供了理论支持。

本文基于PP-TMM，研究了不同梁型充液周期管道的带隙问题。得出以下结论:

(1) PP-TMM能够正确计算各种梁式充液周期管道的能带结构，简单实用。

(2) 波段计算精度顺序为:Euler-Bernoulli < Rayleigh < Shear < Timoshenko。上边界通常不如下边界精确。随着带隙阶数的增加，计算精度降低。当宽高比大于30或计算低阶禁带时，可以使用欧拉-伯努利或瑞利模型作为近似。

(3)

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