决定二维声子晶体带隙的关键材料参数

从弹性波动方程入手,获得决定二维声子晶体z模态带隙的关键材料参数是散射体对基体的质量密度比和剪切模量比.利用平面波展开法计算带隙结构,研究正方点阵、三角点阵以及不同填充率时材料参数对带隙的影响.发现质量密度比对带隙起决定作用.仅以声阻抗比或波速比的大小不能决定带隙的存在和大小.给出不同点阵形式下产生带隙的材料参数取值范围.给出材料参数-带隙图,对以材料参数设计带隙具有直观的指导作用.     

二维椭圆柱体正方列阵固态声子晶体的带隙结构研究

用平面波法计算了椭圆钢柱与环氧树脂组成的二维正方晶格声子晶体的带隙结构。结果表明：当椭圆柱体未旋转时,柱体的横截面形状对称性越高,带隙宽度越大;固定填充率而改变柱体截面半径时,填充率大,带隙宽度极值越大;若椭圆柱体绕其中心轴线旋转,带隙宽度将随之增大,其极值出现在椭圆柱体旋转44o或45o时,而且可以获得比圆柱体更宽的带隙;带隙中心频率随材料参数的变化也有明显的变化规律。     

二维钢管阵列声子晶体带隙结构的研究

制备了晶格常数同声波波长同数量级的二维钢／空气体系声子晶体结构模型。研究了在填充分数较小（F〈0．082）的情况下,单一方向（FX）声波在二维声子晶体的声传播特性,得出其禁带频率范围。对1400Hz-3200Hz的声波垂直通过管阵列结构模型前后的声压级（SPL）进行了实验测试,多处表现出频段声压的加强与减弱。研究了在管子直径及结构列间距不变的情况下增加排数及改变排间距两种情况下的禁带频率范围,得出了禁带宽度及最大插入损失的位置变化规律。     

椭圆柱三维简立方排列声子晶体的带隙结构

用平面波法研究了椭圆钢柱与环氧树脂组成的三维简立方晶格声子晶体的带隙结构.一般情况下,椭圆柱体的横截面形状对称性越高,带隙宽度极值和中心频率越大;带隙宽度随椭圆柱体绕其中心轴旋转角度的增大而增大,但带隙中心频率随旋转角度的增大而减小;无论柱体是否旋转,通过改变柱体横截面半径都比改变柱体高度更易获得宽带隙.     

二维声子晶体的对称性对声学带隙的影响

用平面波展开方法计算了正三、四、六、八棱柱体及圆柱体按正方点阵排列的二维水-水银声子晶体的声学带隙结构．首先研究了非圆柱体的旋转对带隙的影响，发现在给定的柱体和（较低的）填充率下带隙宽度的最大值和最小值均出现在晶体结构对称性最高时．通过调节柱体的方位，找出各填充率下的最宽带隙，结果表明：在水／水银系统中，带隙宽度随柱体对称性的提高而增大；在水银／水系统中，除正四棱柱晶体带隙最宽以外，情况正好相反．     

椭圆柱三角晶格固态声子晶体的带隙结构

用平面波法研究了椭圆钢柱与环氧树脂组成的二维三角晶格声子晶体的带隙结构.结果表明,带隙的宽度和中心频率随填充率F或椭圆柱体横截面两半径之比T的变化表现出明显的变化规律;椭圆柱体横截面的对称性越高,带隙越宽;当F很小时,F对带隙中心频率的影响与T关系不大;椭圆柱体绕其中心轴旋转时,带隙的宽度呈现出与中心频率相反的变化规律,而且最小的带隙宽度及最高的中心频率均在柱体旋转60°左右出现.     

二维复合压电型表面波声子晶体带隙特性

设计了在镍圆柱体底部添加薄环氧树脂并沉积在铌酸锂基底的二维复合压电型声子晶体.通过有限元法计算了该结构的能带结构、分析了其带隙特性.计算结果显示:通过引入环氧树脂来减小散射体的有效弹性模量,从而降低了声表面波(SAW)完全带隙,同时打开了多条SAW方向带隙.计算了传输损失来验证带隙的存在性且讨论了其传输特性.利用布里渊...     

任意散射体形状二维周期结构的弹性波带结构计算方法研究

通过将任意结构的声子晶体单元离散化,采用数值积分的方法,解决了其结构函数求解中的积分问题,从而改进了现有的平面波算法,使之能够计算二维任意单元结构正方晶格声子晶体的带结构.通过对比采用传统的以及本文中改进的平面波算法分别计算得到的规则单元结构声子晶体的带结构,验证了文中算法的正确性.采用文中改进的平面波算法,可方便地对二维声子晶体的单元结构进行拓扑优化,从而改进其带隙特性.     

三角晶格固/气型声子晶体的弹性波带隙结构

将椭圆钢柱散射体引入到三角晶格固/气型声子晶体中,用平面渡法计算了其带隙结构.研究表明,通过降低散射体横截面的对称度,可在几乎不改变带隙中心频率的条件下获得更宽的低频带隙,还能在极低的填充率下实现低频带隙.随着填充率的增大,带隙变宽,中心频率下降.当散射体绕其中心轴的旋转角度小于60°时,带隙宽度随旋转角度的增大而减小,但带隙中心频率基本不受影响.     

方柱复式正方晶格固/气型声子晶体的带隙研究

在方柱简正方晶格每个原胞的中心插入另一个方柱形成复式结构固/气型声子晶体,采用平面波法计算了其弹性波带隙结构.结果表明,与简单晶格相比,复式结构能有效地降低晶格的对称性,使能带的简并态分离,有利于获得完全带隙,而且填充率越高,能带曲线的变化越平滑,带隙数目越多.此外,在相同的填充率下,最低带隙的宽度及中心频率都随着插入体尺寸的增大而增加,当插入体尺寸与原柱体相同时,可获得最宽的带隙.     

嵌套复式三角晶格固/气型声子晶体的带隙研究

设计了一种新型的嵌套复式三角晶格固/气型声子晶体,用两个相切的圆柱替代简单三角晶格中的每个单圆柱基元,采用平面波法计算了其弹性波带隙结构 。与简单三角晶格相比,嵌套复式三角晶格可以在更低的填充率及更低的频率位置产生宽带隙,在相同的填充率下,嵌套复式三角晶格最高可以获得宽度为4.4倍于简单三角晶格第一带隙宽度的最低带隙,而且中心频率低至简单三角晶格第一带隙中心频率的二分之一。     

金属/丁腈橡胶杆状结构声子晶体振动带隙研究

采用平面波方法计算了金属 /丁腈橡胶一维杆状结构声子晶体振动带隙 ,讨论了晶格尺寸、材料组分比、金属密度对声子晶体振动带隙的影响。采用有限元方法计算了材料阻尼特性对振动带隙的影响 ,计算表明 :丁腈橡胶阻尼特性不影响振动带隙的起始频率。金属 /丁腈橡胶杆状结构声子晶体的振动实验验证了文中的主要结论     

声子晶体弹性波带隙理论计算及实验研究

声子晶体是一种具有弹性波带隙的新型结构功能材料。本文在详细介绍声子晶体弹性波带隙计算方法——平面波展开法的基础上,采用该方法计算了一维金属／丁腈橡胶杆状结构声子晶体及二维空气中正方形排列的钢管阵列声子晶体的弹性波带隙并进行了实验验证。实验结果同理论计算结果吻合较好。     

声子晶体中弹性波带隙与散射

声子带隙产生条件是声子晶体研究的一个重要问题,首先对钢圆柱体嵌入空气基质组成的声子晶体散射截面进行计算,然后用平面波方法计算了弹性波带结构。结果表明声子带隙将出现在两个完全分离的共振态之间。因此,声子晶体产生完全带隙的条件是弹性波在基质材料中的传播被禁止并远离共振。     

声子晶体研究概述

声子晶体是一种新型的声学功能材料，对声子晶体的研究引起了各国研究机构的极大关注。文章介绍了声子晶体的概念及基本特征，阐述了声子晶体禁带机理及声子晶体的各种潜在应用领域，最后对声子晶体的研究发展作了展望。     

声子晶体的研究进展及应用前景

声子晶体是近10年来提出的一类概念、声学材料,这种周期性结构所具有的声波带隙特性可以认为具有某种过滤效应,即当多种频率的振动或声波通过此类晶体时,由于布拉格散射,便会分裂为导带和禁带,处于禁带频率范围内的振动或声波将被禁止在晶体中传播,而处于导带频率范围内的振动或声波则能顺利通过声子晶体。通过求解声波在晶体中的波动方程可以设计所需要的声子禁带和导带。文中对声子晶体的概念和基本特征、研究进展、理论方法、潜在应用等方面进行了阐述,并对声子晶体的研究工作进行了展望。