基于声子晶体的层叠式方柱型减振结构设计

基于声子晶体特性提出一种层叠式方柱型声子晶体单胞结构,通过冲击响应谱分析和随机振动分析考察其周期性结构减振特性,并与相应非周期结构对比.计算结果表明该声子晶体周期性结构对于冲击载荷和随机振动载荷均有较好的减振特性.在三组分材料参数中影响单胞带隙特性的主要因素是外层材料密度和中间层材料弹性模量.声子晶体结构的减振效果随周期数的增加而愈加明显.组分材料力学性能参数和周期型结构周期数是声子晶体结构减振设计的主要因素.     

双层薄膜型超材料夹层板的多带隙设计

本文将薄膜型声学超材料结构与格栅夹层板结构相结合,发展了一种双层薄膜型超材料夹层板结构.采用有限元方法,建立薄膜型超材料夹层板结构模型,并分析其带隙产生机理.在单层薄膜型超材料夹层板结构的基础上,提出了相同质量与不同质量的双层薄膜型超材料夹层板结构,将其产生的局域共振带隙与单层薄膜型超材料夹层板结构进行对比分析.结果表明,相较于只含单层薄膜结构的夹层板,具有相同振子质量的双层薄膜型超材料夹层板结构,可以有效拓宽带隙范围.不同质量双层薄膜型超材料夹层板结构,可以增加带隙数量.如果改变谐振器质量块的粘附位置,结构的不对称性会使双层薄膜型超材料夹层板产生多个局域共振带隙,且位置相近的带隙可能合并为较宽的带隙.     

二维陀螺声子晶体结构力学研究

首先,提出了一种二维平面陀螺声子晶体,得到了不同参数对带隙的影响.该结构由陀螺、外框架、弹簧组成.其次,在结构中只考虑由于陀螺转动引起的角运动,不考虑平移.运用角动量定理,针对该结构建立动力学方程.然后,通过动力学方程,分析其带隙特性得到色散曲面.随后,通过改变结构中的参数,观察带隙的变化,得到了不同参数对带隙的影响.最后,用数值方法验证其带隙的存在,证明了这种二维平面陀螺声子晶体能对扭转振动具有抑制作用.     

多稳态力学超材料带隙特性及调控研究

多稳态力学超材料具有多重稳定状态和几何重构特性,在变形吸能和能带调控等方面有重要的研究价值.本研究提出了一种多稳态力学超材料.该超材料是由具有双稳态特性的曲杆和相关实体支撑结构组成.结合有限单元法和布洛赫定理,计算了结构的能带结构,分析了不同稳态条件下结构的带隙特性,得到了几何参数对结构带隙的影响规律,并研究了由5×5个单胞组成的阵列结构中部分单胞变形时,整体结构的传输率.研究发现：双稳态连杆的变形状态可显著改变结构的带隙,尤其是在低频范围内产生了更宽的带隙.整体结构中局部一行或一列单胞变形即可在该方向对应带隙频率范围内实现弹性波传播的衰减.     

陀螺 质量声子晶体结构力学研究

声子晶体是由不同材料组成的周期性结构.其显著特点是弹性波在传播时,受其内部结构的作用,在一定频率范围(带隙)内会抑制弹性波的传播,而在其他频率范围(通带)可以无损耗地传播.本文提出并设计一种新型的陀螺-质量声子晶体结构,研究并且分析了不同参数对于陀螺-质量声子晶体结构振动通带的影响,并通过有限次结构数值计算进行验证.     

二维三角陀螺声子晶体的波调控研究

本文研究了一种二维三角陀螺声子晶体,采用拉格朗日方程对结构进行建模,推导出动力学方程.通过调节陀螺转速,可以控制结构的色散关系,并获得较大的带隙,从而可以将其用来进行振动控制和噪声抑制.从色散曲面等频截线发现波在结构中的传播方向会随频率变化,在低频时各向同等传播,高频时则出现六个集中的传播方向.通过数值计算验证了理论获得的带隙的准确性.     

基于含缺陷声子晶体孔板共振模式的可调局域声场设计

可调控的局域声场在开发新型滤波器、传感器和声操控微器件等方面具有潜在应用前景。文章数值模拟研究了一种二维正方排列含缺陷孔声子晶体孔板表面的局域声场。计算结果表明,选择不同的共振频率可以调控含缺陷声子晶体孔板表面的声场形态。这是因为缺陷孔与周期孔的 Fabry-Perot共振频率不一致,导致含缺陷声子晶体孔板表面的耦合场有多种形态。该工作所设计的缺陷态声子晶体孔板,可为声场与微粒的精细相互作用研究提供声学载台。     

求解周期结构中声波传播问题的一种边界元法

本文应用边界积分方程方法(边界元法)求解无限长周期结构中声波的传播问题,根据散射体的周期排布方式,将无限个散射体对应无限个边界积分方程的求解问题转化为在某一个单位块中有限个边界积分方程的求解,从而使得该问题的数值求解变得简单可行.然后将该方法应用于声子晶体能量禁带的预测中,通过对数值算例的求解以及与其他方法求解结果的比较,验证了本文所提出方法的可行性和准确性.     

二维分布式陀螺结构带隙特性研究

本文研究了一种二维分布式陀螺结构的扭转振动的能带结构特性.该结构原胞由陀螺、外框架、扭转弹簧组成,通过角动量定理得到动力学方程,再由Bloch定理得到色散关系并分析其能带结构特性.在理论上研究了三个重要的结构参数：角动量、转动惯量、扭转刚度对能带结构的影响,同时通过数值方法对带隙特性进行分析,所得数值结果与理论结果吻合较好,证明了结构中带隙的存在.     

圆柱壳弹性波超材料分级排列的带隙拓宽方法研究

圆柱壳弹性波超材料的弯曲波带隙拓宽问题限制其满足实际工程中的宽频隔振要求,针对该问题,本文首先研究了基于局域共振机理的圆柱壳弹性波超材料弯曲波带隙特点,研究局域谐振器质量和弹簧劲度系数的关系,然后将周期分级排列的组合方式应用于圆柱壳类弹性波超材料的带隙拓宽中,并利用有限元法进行能带结构和振动传输特性计算.研究结果显示：该方法可实现弯曲波带隙的拓宽;利用组合法构建的轴向周期分级排列圆柱壳弹性波超材料可实现705-1226Hz频率范围内弯曲波的高效衰减,带隙拓宽至分别为单一谐振器的2.55倍,这表明该方法在宽频减振方面具有明显优势,应用前景广阔.     

One-dimensional photonic crystal based on nanocomposite of metal nanoparticles and dielectric

One-dimensional photonic crystal made of nanocomposite of metallic nanoparticles and dielectric is investigated. Splitting of photonic band gap into polaritonic and structure band gap and their fusion are predicted. The different behavior of structure gap with variation of nanoparticle concentration is observed. This behavior is determined by relative arrangement of structure and polaritonic gaps in frequency scale. Considered effects give new possibilities for creating photonic crystals with predefined properties.     

Quantum speedup of an atom coupled to a photonic-band-gap reservoir

For a model of an atom embedded in a photonic-band-gap reservoir, it was found that the speedup of quantum evolution is subject to the atomic frequency changes. In this work, we propose different points of view on speeding up the evolution. We show that the atomic embedded position, the width of the band gap and the defect mode also play an important role in accelerating the evolution. By changing the embedded position of the atom and the coupling strength with the defect mode, the speedup region lies even outside the band-gap region, where the non-Markovian effect is weak. The mechanism for the speedup is due to the interplay of atomic excited population and the non-Markovianity. The feasible experimental system composed of quantum dots in the photonic crystal is discussed. These results provide new degree of freedoms to depress the quantum speed limit time in photonic crystals.     

声学超材料和声子晶体研究进展

低频振动和噪声的有效控制一直是动力学与控制学科的经典难题,急需新的思路进行交叉研究.作为动力学与控制学科的一个重要分支,声学超材料和生子晶体的研究近年来一直很受重视.在国家科技部门和相关行业的支持下,声学超材料和声子晶体的振动噪声控制机理及其应用研究取得了大力发展.本文从声学超材料和声子晶体的发展趋势和应用前景等研究角度出发,重点介绍了声学超材料的设计方法和隔振降噪特性,力学超材料的抗冲吸能特性,以及声场悬浮与运输方法等三个方面的研究成果.这些成果在一定程度上反映了作者们目前所关注的问题和拟解决途径,希望能给声学超材料和声子晶体的其他研究者们提供一些借鉴和参考.     

Topology optimization of phononic crystals with uncertainties

Topology optimization of phononic crystals (PnCs) is generally based on deterministic models without considering effects of inherent uncertainties existed in PnCs. However, uncertainties presented in PnCs may significantly affect band gap characteristics. To address this, an interval Chebyshev surrogate model-based heuristic algorithm is proposed for topology optimization of PnCs with uncertainties. Firstly, the interval model is introduced to handle the uncertainties, and then the interval Chebyshev surrogate model (ICSM), in which the improved fast plane wave expansion method (IFPWEM) is used to calculate the integral points to construct the ICSM, is introduced for band structure analysis with uncertainties efficiently. After that, the sample data, which is randomly generated by the Monte Carlo method (MCM), is applied to the ICSM for predicting the interval bounds of the band structures. Finally, topology optimization of PnCs is conducted to generate the widest band gaps with uncertainties included by utilizing the genetic algorithm (GA) and the ICSM. Numerical results show the effectiveness and efficiency of the proposed method which has promising prospects in a range of engineering applications.     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。     

光子晶体的研究与应用

光子晶体是一种具有光子能带及能隙的新型材料。其特有的性质,使光子晶体具有广阔的应用前景。本文基于固体物理学的基本原理,对光子晶体的理论基础进行了简单介绍,根据其特有结构,对光子晶体的特性做了一定分析,并结合现实需要,综述了光子晶体在光学等方面的应用。     

Phononic band engineering for thermal conduction control and similarity with photonic band engineering

There are some physical similarities in photonics and phononics; photon and phonon transports can be coherently controlled by micro/nanoscale artificial crystal structures known as a photonic crystal and a phononic crystal. Similarities and non-similarities of photon and phonon transports are discussed. The coherent manipulation of phonon transport by phononic crystal nanostructures is investigated. The possibility of thermal conduction nanoengineering with some simulation results in silicon at room temperature is discussed. The multiscale physics of thermal phonons makes coherent phonon transport control, i.e., heat transfer, more difficult. Clear reduction in a one-dimensional Si phonic crystal nanostructure compared with a nanowire of similar width is demonstrated. However, for clear demonstration of thermal conductivity control by phononic effect, low temperature measurements and/or smaller dimension will be required.