声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应是遵循幂变规律对梁或薄板结构的厚度进行剪裁,使弯曲波在结构尖端波速降至为零而无法发生反射的现象,从而能够在结构末端实现能量的聚集与高效回收。针对单一声学黑洞结构在实现峰值回收时对外界激励频率敏感的问题,提出基于周期声学黑洞的宽频压电能量回收系统。首先,基于高斯展开法,建立了耦合压电层的声学黑洞压电俘能半解析模型,并在频域范围内结合能带理论分析了周期数、幂指数、中心截断厚度以及黑洞半径对能量回收特性的影响;最后,通过压电能量回收试验,验证了周期声学黑洞对于实现宽频能量回收的有效性。研究结果表明:声学黑洞的各结构参数会通过影响峰值个数、峰值区间长度以及能带结构等因素,对系统的输出功率以及采集效率产生影响。分析结果对实现周期声学黑洞梁的宽频能量回收优化设计具有重要的参考价值。
声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)效应是弯曲波在楔形结构中传播时波速逐渐减小至零从而不发生反射的现象。由于弯曲波在理想黑洞结构中不发生反射,这就意味着能量被集中在楔形结构的尖端部分,这一现象使得黑洞结构在减振降噪,能量回收等领域中具有极大的应用潜力。为了对截面呈幂率变化的杆结构进行动力学分析,首先建立相应的物理模型,然后利用小波函数拟合杆振动时的挠度曲线并结合拉格朗日方程建立系统的动力学方程;通过对其进行求解得到系统的振动响应。分析计算结果可知,相较于均匀杆结构,截面呈幂律变化的杆结构能够有效的抑制其振动;进一步比较楔形梁和圆杆的振动响应表明,黑洞结构对两者振动响应的抑制效果相似,但锥形杆的尖端聚能效果要优于楔形梁结构。
