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。     

层状双周期结构声子晶体带隙特性研究

设计了一种层状五组元双周期结构声子晶体,并将其等效为一维声子晶体,采用传递矩阵法推导出了该结构的能带结构;在该带隙范围内弹性波或声波的传播能够得到有效抑制,实现对噪声的控制。同时,分析了取消内部周期以后第一带隙的变化以及改变硅橡胶层厚度对第一带隙的影响。结果表明,该结构与简单二元结构相比,在降低带隙频率的同时有效减轻了结构质量,且"内部周期"主要影响带隙宽度;当增加硅橡胶层的厚度时,带隙频率进一步降低。     

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。     

基于平面波算法的二维正方点阵声子晶体禁带研究

声子晶体能够产生完全的弹性波禁带，可以阻止声波或者振动在其内部传播。采用平面波算法研究了二维正方点阵声子晶体的禁带结构。在甲醇／水银双组分二维（2D）液相体系中发现了很大的完全禁带，到目前为止，在固相体系和其他液相体系中还没有发现相同宽度和相同数量的完全禁带。还研究了声子晶体中散射体的横截面为圆形和绕其中心轴旋转任意角度的正方形时完全禁带的产生规律，探索了第一禁带宽度与第一禁带中心频率的比值△Ω1/Ωc1和填充率F之间的关系，以及前50个频带中禁带的总宽度∑△Ωn/Ωcn和填充率F之间的关系。     

一维固-液平板声子晶体中弹性波的模式和带隙

利用一维固-液结构平板声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在一维固-液结构平板声子晶体中各个模式满足的关系式,利用这个关系式并结合转移矩阵计算出弹性波各模式的带隙随模式量子数和平板厚度以及入射角的变化规律。得出了一些不同于一维固-液结构非受限声子晶体带隙的新特征。     

Surface/interface effects on dispersion relations of 2D phononic crystals with parallel nanoholes or nanofibers

Owing to the increasing ratio of surface to bulk volume, surface effects emerge in the mechanical performance of devices and materials when the characteristic size reduces to nanoscale. In this paper, the dispersion relations and the band gap properties of 2D phononic crystals with periodically arranged nanoholes or nanofibers are studied. The scattering matrix of a single scatterer is first derived from a set of nontraditional boundary conditions based on the surface elasticity theory. Then, the addition theorem of cylindrical waves and Bloch’s theorem of periodical structure are used to obtain the dispersion relations of an elastic wave polarized in the plane perpendicular to the axis of the nanoholes or nanofibers. It is found that the surface effect has remarkable influences on the dispersion relations and the band gaps for the phononic crystal with nanoholes. For the 2D phononic crystal with periodical arranged nanofibers, the interface effect is more evident for the softer fibers than for the stiffer fibers.     

一维声子晶体振动特性与仿真

研究了一维细长杆声子晶体振动特性。利用平面波展开法，计算一维无限周期结构声子晶体的带隙结构，发现每一带隙的宽度与材料的组份比有关。对于有限结构的一维声子晶体，利用MSC／NASTRAN进行防真，仿真结果与实验吻合较好。并通过仿真不同直径的声子晶体研究了横波对带隙的影响。     

固-流结构矩形声子晶体中弹性波的传输特性

利用一维固-流结构矩形声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在其中各个模式满足的关系式,利用它研究了弹性波各模式的特性。并利用色散法研究了弹性波的传输特性随模式量子数和矩形边长的变化规律。得出了一些不同于一维非受限声子晶体的新特征,即一维矩形声子晶体的禁带由模式量子数确定,禁带频率中心和频率宽度与模式量子数和边长有关。     

周期声学黑洞结构弯曲波带隙与振动特性

作为一种被动型波操控结构,声学黑洞能对弯曲波起到较好聚集作用,再结合阻尼层能更好抑制结构振动波的传播.从声子晶体角度通过周期性排列构造一种声学黑洞结构与基体结合的一维声子晶体结构,选取合适的晶胞,采用有限元法对周期排列的声学黑洞结构弯曲波带隙特性进行研究,对比分析8周期声子晶体梁与等长度的恒定截面梁及周期楔形梁的振动位...     

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。     

双局域共振机制声子晶体带隙特性研究

提出了一种双局域共振机制,结合有限元法对该机制声子晶体结构的带隙生成机理和带隙的影响因素进行了深入分析研究。2个刚性质量体互为刚性边界和振子,由此产生了2个可以互相转化的局域共振单元。双局域共振结构的带隙位置由2个等效单自由度系统的固有频率共同决定,带隙的宽度与2个质量体密度、内振子半径、弹性介质的弹性模量密切相关。研究发现,2个质量体密度差别越大、弹性介质弹性模量越高,带隙的宽度就越大。该机制在一定程度上削弱了基体与振子的紧密耦合关系,该结构具有较大的带隙变化范围,极大地增大了带隙的宽度,为宽频声子晶体结构的研究提供了新的思路。     

一种新型复合局域共振型声子晶体带隙特性

设计了一种新型复合局域共振型声子晶体,通过建立弹簧-质量块等效模型用于计算带隙的上下边界频率,同时结合有限元方法分析了该结构共振带隙的产生机理,根据带隙起止点频率处的位移模态研究了声子晶体的带隙特性。研究结果表明,该声子晶体结构在频率2 200 Hz附近产生三条完整带隙,其中一条是带宽达406.17 Hz的宽带隙。对于有限周期结构的声子晶体进行了传输特性仿真和隔声实验测试,在相同的频段内弹性波传播受到了阻碍。最后,对影响声子晶体带隙打开的几种因素进行分析,讨论了带隙上下边界调控机制。研究结果为声子晶体获得较宽的低频带隙提供了一种新的设计思路和方法。     

心材密度及弹性模量对二维局域共振型声子晶体声波禁带的影响

局域共振型声子晶体由包覆软橡胶后的钢柱周期排列在树脂中形成.本文采用平面波展开法分别计算了该声子晶体在正方形和三角形点阵下的能带结构,分析了各点阵下心材密度和弹性模量对各模态(包括Z模态和XY模态)最低完全禁带的影响.结果发现,在心材弹性模量接近橡胶弹性模量而改变时,禁带上边界变化较大.但总的来说,当心材的密度(弹性模量)增大时,各模态上下边界频率降低(升高).同时三角形排列下禁带宽度大于正方形排列.     

层状三元周期结构的带隙计算

对于层状三元周期结构的带隙分析和研究目前还属空白。基于声子晶体理论,将层状三元周期结构简化为一维声子晶体结构,并利用集中质量法,分析了材 料密度与材料阻尼比变化对第一带隙的影响。研究表明,材料密度的改变对第一带隙产生较大影响;材料阻尼比的变化对第一带隙影响不明显。研究结论为层状三元结构带隙设计提供了理论依据。     

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。利用布里渊区高对称点X处不同本征模态的位移场分析了带隙的形成机理。此外,还研究了共振体几何参数对SAW完全带隙、XM方向SAW带隙特性的影响,研究发现,随环氧树脂厚度的增加,在XM方向出现了一条宽为158 MHz的宽禁带。研究结果为设计基于声子晶体的电声设备提供了参考。     

密度正弦变化声子晶体中弹性波的带隙

利用转移矩阵和离散方法研究了密度正弦变化的一维声子晶体中弹性波的禁带.研究声明,密度按正弦规律变化的一维声子晶体中的弹性波会出现禁带.禁带频率的宽度随密度幅值的增加而增大,但密度幅值的变化对主禁带的频率中心没有影响.禁带的频率宽度和频率中心都随周期厚度呈反比变化.     

散射体的取向对二维声子晶体带隙的影响

声子晶体是一种具有声波带隙特性的新型功能材料。运用平面波展开法研究了二维声子晶体的带结构,二维声子晶体由横截面为正方形的散射体按正方形排列植入环氧树脂基体中形成。结果表明:通过改变散射体的取向可以调节系统的带隙,当填充率较低时,带隙宽度随散射体旋转角的增加先减小再增加,而填充率较高时,带隙宽度随散射体旋转角的增加而先稍有增加然后再减小。     

一维声子晶体中弹性波的全反射贯穿效应

为了研究一维声子晶体中弹性波的全反射贯穿效应,利用转移矩阵法计算了弹性波在大于全反射角入射一维声子晶体的透射率。在透射波中发现了两条透射峰带,即出现了全反射贯穿效应。得出了贯穿效应随入射角的变化规律、贯穿效应随介质厚度的变化规律以及贯穿效应随周期数的变化规律。并利用波的量子理论和渐逝波的理论对一维声子晶体的贯穿效应作出了定性的理论解释     

二维复合结构声子晶体的振动特性与实验研究

声子晶体可以获得低频带隙,抑制特定频率振动的传播。建立二维复合结构声子晶体的有限元模型,分析其传输特性,以得到各组元参数对带隙的起止频率及带宽的影响。分析声子晶体的各种材料参数、结构参数、周期数、排列方式等对带隙的影响。利用铝板、硅胶、钢片材料制作复合结构声子晶体样件,进行传输特性实验,得到的频率响应曲线与有限元仿真结果吻合很好。进而为声子晶体在中低频减振中的具体应用提供依据。     

固-液结构平板掺杂声子晶体中弹性波的缺陷模

利用一维固-液结构平板掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件推导出弹性波在一维固-液结构平板掺杂声子晶体中各个模式满足的关系式,并利用关系式研究了各个模式弹性波的特性。利用转移矩阵计算出弹性波各个模式的缺陷模随模式量子数以及平板厚度的变化特征,得出了一些一维固-液结构平板掺杂声子晶体缺陷模的新特征。