项目背景 齿轮传动正朝着高速、重载、轻量化和高精度的方向发展，如何控制振动对机械装备的精度、性能具有重要的影响。 颗粒阻尼由填充在结构空腔中的颗粒物质通过碰撞和摩擦作用提供阻尼效应。该技术具有耐高温恶劣环境、对原结构改动小等优点。 颗粒阻尼技术特别适用于齿轮传动系统高温、油润滑的恶劣环境，离心载荷使得颗粒积压在远离转动中心的一端，需要探寻颗粒阻尼损耗能量值的计算方法，分析不同参数的齿轮传动抑振特性的影响规律，为齿轮抑振提供确切的理论依据和设计准则。 主要研究内容 （1）颗粒在离心场中的非弹性碰撞和摩擦阻尼机理 建立在离心场作用下颗粒三维离散元接触模型，对颗粒碰撞能耗进行研究，通过实验获得符合实际边界条件的离散元模型。 （2）在离心场中影响颗粒阻尼耗能特性的特征因素 分析颗粒本体的表面特性、粒度分布、体积填充率、结构空腔等对齿轮传动的抑振特性的影响。 （3）通过实验的方法确定离心载荷对颗粒耗能的作用规律 （4）在离心场中颗粒阻尼各因素对齿轮传动抑振的影响规律 重要结果及关键数据 （1）当颗粒层高度增大到一定值，颗粒层应力随之变化很微弱，这一高度值在齿轮减振上可以指导设计。 （2）在齿轮设计时，优先选用长径比小的颗粒阻尼器，以获得最优的能量耗散效果。 （3）颗粒填充率在50%以下时，颗粒阻尼对齿轮传动减振效果较差。在载荷和转速相同时，随着填充率的增加能耗呈先增加后减小的趋势。一级载荷时，最优填充率为70%，二级载荷为75%，三级载荷为85%。 （4）在颗粒摩擦和恢复系数相同的情况下，颗粒材料的密度越大，颗粒系统减振效果越好；颗粒的恢复系数越大，单次碰撞过程中非弹性碰撞耗能越小，铅合金和不锈钢颗粒减振效果相当。 （5）在相同载荷下，随着颗粒粒径的由小变大，阻尼器的耗能值表现为先增大后减小的趋势，在颗粒粒径为5mm左右时减振效果最好。 （6）在转速300rpm以下，摩擦系数小的颗粒有着较优的减振效果；在700rpm以上，摩擦系数大的颗粒有着较优的减振效果。在转速一定时，随着负载的增加，颗粒阻尼器的总能量耗散值也增加，但不会一直增加，在固定转速下颗粒的耗能值存在一定的极限值。 科学意义 （1）研究在离心场作用下，颗粒介质非弹性碰撞和摩擦阻尼机理，通过实验结果建立符合实际边界条件的三维颗粒离散元接触模型。 （2）提出在离心场作用下基于颗粒阻尼技术的齿轮传动最优化设计方案。

传统的齿轮传动主动抑振方法会带来制造成本大幅提高等问题，同时齿轮的时变啮合刚度引起的冲击等因素无法消除。颗粒阻尼抑振技术具有减振效果显著、耐高温、对原结构改动小等优点，是振动控制领域最新出现的一种被动抑振技术。将颗粒阻尼被动抑振技术应用到齿轮传动中能有效降低齿轮啮合时的振动和噪音，特别适用于齿轮传动系统高温、油润滑的恶劣环境。.本申请采取数值仿真计算、理论分析和实验研究相结合的方法，通过建立符合齿轮副空腔内离心场实际边界条件的颗粒离散元接触模型，从理论上揭示在齿轮轮毂和腹板结构空腔内，离心场中颗粒的非弹性碰撞和摩擦阻尼机理，确定离心场对采用颗粒阻尼技术的齿轮系统固有频率等模态参数的作用规律，分析对阻尼耗能影响强烈的因素对不同参数的齿轮传动抑振特性的影响规律，为齿轮传动抑振的应用提供确切的理论依据和设计准则。

颗粒调谐质量阻尼系统是对颗粒阻尼和调谐质量阻尼有机结合的新型阻尼系统，既能有效拓宽调谐质量阻尼的减振频带、提高减振效率和耐久性，又为颗粒阻尼的结构工程应用提供了实现途径。本课题将探索该新型阻尼系统的减振机理及应用于建筑结构振动控制的效果。通过振动台和风洞模型试验，以及相应的数值理论分析，总结减振规律，揭示工作机理和物理本质，着重考察对于地震和风振的振动控制效果；建立建筑结构附加该阻尼系统的精细离散元模型和等效简化算法，进行参数敏感性分析及优化分析；提出合理的设计方法，明确相应的核心技术、设计流程、构造、制作、安装和测试要求，并用于指导工程实践。深入开展该组合减振技术的理论和试验研究，有助于透彻理解该类非线性系统的减振机理，对于提出一种新的建筑结构被动控制技术的解决方案具有重要的理论和工程意义。

颗粒调谐质量阻尼系统是对颗粒阻尼和调谐质量阻尼有机结合的新型阻尼系统，既能有效拓宽调谐质量阻尼的减振频带、提高减振效率和耐久性，又为颗粒阻尼的结构工程应用提供了实现途径。本课题通过振动台试验、风洞模型试验、数值分析以及参数优化对颗粒调谐质量阻尼系统的减振机理及应用于建筑结构振动控制的效果进行了研究，揭示了其工作机理和物理本质。五层钢框架的对比试验表明在不同地震作用下，颗粒调谐质量阻尼系统均能达到较好的减震效果，其中在上海人工波作用下的减震效果最好（均方根位移与加速度响应减震率分别达到72.17%与70.99%）；另外，合理的参数选取更有利于发挥颗粒调谐质量阻尼系统的性能，开展了附加颗粒调谐质量阻尼系统的气弹风洞试验（缩尺比为1：200），试验研究表明颗粒调谐质量阻尼系统对高层建筑风致振动响应有良好的减振控制效果，控制合理的颗粒密度、增加颗粒数量、加剧颗粒之间的碰撞等均可以提高其减振效果；基于多颗粒等效原则建立颗粒调谐质量阻尼器的数值模型，数值模拟结果与试验结果整体吻合较好，峰值加速度吻合较好，而均方根加速度也可以将误差控制在可接受的范围内；通过微分演化算法对颗粒调谐质量阻尼系统进行了全局优化，相比于传统设计，优化设计的减振率提高了约50%；最后，提出合理的实用设计方法，明确相应的核心技术、设计流程、构造、制作、安装和测试要求，并用于指导工程实践。本课题展示了颗粒调谐质量阻尼系统在土木工程应用的巨大前景，为土木结构振动控制的发展提供了另一种有效的途径，具有重要的理论意义和工程应用价值。

本项目提出利用手性材料结构覆盖层新敷设于舰艇湿表面，以抑制舰艇机械噪声向水中辐射。在明确舰船加筋板结构的声辐射机理基础上，重点研究手性材料结构的协调变形、周期禁带、阻尼效应对水下声辐射的隔离机理，同时研究阻抗失配、负泊松比效应在覆盖层抗冲方面的应用，为舰艇抗冲击和声隐身提供新概念、新思想和新方法。 建立了加筋板结构的声振耦合模型，分析了加筋板结构的声辐射特性，明确了加筋板结构的声辐射机理，由于加筋板某些模态存在不可抵消的体积速度，造成其声辐射效率高。 建立了敷设和不敷设手性覆盖层加筋板的声振耦合辐射模型，分析了手性覆盖层的协调变形声辐射抑制机理。手性覆盖层内部节点的旋转变形使覆盖层湿表面的法向振速分布具有低声辐射效率而降低辐射噪声。基于周期结构理论，研究了周期手性结构覆盖层的禁带特性在振动隔离和结构声辐射抑制方面的应用。并通过添加局域共振子的周期手性结构覆盖层来增强低频及禁带区域上的振动衰减、抑声能力。研究了覆盖层的粘弹性阻尼性能与构型之间的关系，结果表明菱形排列手性多孔覆盖层在低频区域上具有较好的声辐射抑制作用。 综合考虑声振传递特性和耐压性能，对手性覆盖层的几何参数、构型进行了优化，提出了梯度手性结构覆盖层以增强其在宽频带的振动声辐射抑制能力。 制作了橡胶材料手性覆盖层，进行了声管中的隔声实验、空气中的振动和声辐射抑制实验、水池中敷设于加筋板结构时的水下声辐射抑制实验。验证了所提出的机理，证实了手性多孔覆盖层的声辐射抑制性能。