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相似文献
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1.
张思文  吴九汇 《物理学报》2013,62(13):134302-134302
本文提出了一种新型局域共振复合单元声子晶体结构, 并结合有限元方法对结构的带隙机理及低频共振带隙特性进行了分析和研究. 共振带隙产生的频率位置由所对应的局域共振模态的固有频率决定, 并且带隙宽度与局域共振模态的品质因子及其与基体之间的耦合作用强度有关. 采用局域共振复合单元结构可以实现声子晶体的多重共振, 在低频范围能打开多条共振带隙, 但受到共振单元排列方式的的影响. 由于纵向和横向局域共振模态的简并, 复合单元结构能在200 Hz以下的低频范围打开超过60%宽度的共振带隙, 最低带隙频率低至18 Hz. 这为声子晶体结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法. 关键词: 局域共振 低频带隙 复合单元 声子晶体  相似文献   

2.
吴健  白晓春  肖勇  耿明昕  郁殿龙  温激鸿 《物理学报》2016,65(6):64602-064602
设计了一种多频局域共振型声子晶体板结构, 该结构由一薄板上附加周期性排列的多个双悬臂梁式子结构而构成. 由于多个双悬臂梁式子结构的低频振动与薄板振动的相互耦合作用, 这种局域共振型板结构可产生多个低频弯曲波带隙(禁带); 带隙频率范围内的板弯曲波会被禁止传播, 利用带隙可以实现对薄板的多个目标频率处低频减振. 本文针对这种局域共振型板结构进行了简化, 并基于平面波展开法建立了其弯曲波带隙计算理论模型; 基于该模型, 结合具体算例进行了带隙特性理论分析. 设计、制备了一种存在两个低频弯曲波带隙的局域共振型板结构样件, 通过激光扫描测振仪测试证实该结构存在两个低频带隙, 在带隙频率范围的板弯曲振动被显著衰减.  相似文献   

3.
杜春阳  郁殿龙  刘江伟  温激鸿 《物理学报》2017,66(14):140701-140701
以声子晶体理论为基础,设计了一种具有超阻尼特性的X形局域共振结构,分析了周期性附加X形局域共振的梁弯曲振动传播特性.利用拉格朗日方程分析了X形局域共振结构动力学等效特性,揭示了该结构的阻尼放大的机理,分析了几何结构参数对于带隙特性的影响,并利用有限元法验证了X形局域共振结构的超阻尼特性.研究结果表明,周期性附加X形局域结构能够有效地抑制低频弯曲振动在梁中的传播,产生超阻尼特性,实现低频、宽带的减振效果,为结构的低频减振提供了一个新的设计方案.  相似文献   

4.
通过在加筋板结构上附加周期性排列的"弹簧-质量"共振子单元,构造了一种局域共振型加筋板结构.针对这种新型结构,基于有限元法和周期结构Bloch定理,建立了其弹性波传播与振动特性理论计算方法;采用该方法深入研究了局域共振型加筋板的弯曲波带隙特性和减振特性.研究表明,局域共振子能够对加筋板的弯曲波传播特性产生显著影响,一方面使其产生更加低频的带隙,另一方面还能拓宽其中高频带隙.进一步深入分析了共振子的弹簧刚度、共振子的质量对带隙特性和减振特性的影响,发现了有价值的带隙调控现象、规律和减振特性,可为局域共振型加筋板的带隙特性设计与工程减振应用提供理论指导和有益参考.  相似文献   

5.
基于局域共振单元实现声子晶体低频多通道滤波   总被引:2,自引:0,他引:2       下载免费PDF全文
程聪  吴福根  张欣  姚源卫 《物理学报》2014,63(2):24301-024301
从理论上提出一种由局域共振单元组成的声子晶体低频多通道滤波模型.在二维三组元局域共振声子晶体中引入不同填充率的共振单元构成波导结构,通过有限元法计算出其能带结构、透射曲线和透射场图.结果显示:这种设计能够在低频带隙范围内不同填充率散射体的共振频率附近产生新的分立模,且这些分立模能够使相应的声波在声子晶体中沿波导方向传播;这些分立模只与相应的共振单元相关,抗干扰能力强.所得结果为低频多通道滤波器的设计提供了一种新的理论依据.  相似文献   

6.
侯丽娜  侯志林  傅秀军 《物理学报》2014,63(3):34305-034305
本文以二维固体局域共振声子晶体为例,对次波长区域缺陷态的实现机理及其特点进行了探讨.众所周知,工作于次波长区域的声子晶体可以用有效媒质理论来描述,其色散关系对其构成单元的排列结构并不敏感,因而使得共振型声子晶体的带结构难以被其构成单元的局域空间无序所打破.本文发现共振型声子晶体在其带隙附近的色散关系可由共振单元间的长程相互作用来理解.基于这一理解,对目前文献中提出的两种实现局域态的方法进行了研究,结果表明缺陷态的引入正是通过打破这种长程相互作用来实现的.另外,在此理解的基础上,通过引入非各向同性"缺陷"共振单元,实现了纵波与横波导波模式的分离.  相似文献   

7.
一维准周期结构声子晶体透射性质的研究   总被引:32,自引:0,他引:32       下载免费PDF全文
曹永军  董纯红  周培勤 《物理学报》2006,55(12):6470-6475
提出了一维准周期结构的声子晶体模型.对弹性波通过该一维准周期结构声子晶体的透射系数进行了数值计算,并与周期结构的透射系数进行了比较.计算结果表明,弹性波通过一维准周期结构声子晶体时,同样会有带隙的出现,且带隙所在频率范围与周期结构的情形完全一样,不同的是在准周期结构声子晶体中,带隙内有很强的局域共振模.对此局域模性质的研究有助于声波或弹性波滤波器的制作. 关键词: 准周期结构 声子晶体 局域化  相似文献   

8.
利用有限元方法,对设计的涂有硅橡胶包裹层的空心铅柱体嵌入到4个环氧树脂短连接板中构成的声子晶体板的低频带隙特性进行了研究,分析了其能带结构、传输损失及位移场。与正方连接板粘连结构、嵌入结构和细连接短板粘连结构这3种传统声子晶体板的带隙特性作对比,说明具有包裹层、短连接板结构的声子晶体板更容易产生低频宽带;观察位移矢量场的振动模态,并结合弹簧质量模型,解释了带隙形成的机理;通过讨论连接板的宽度、散射体的内外半径及高度对第一完全带隙的影响,说明连接板宽度越窄,厚度越小,散射体内半径越小,外半径越大,高度越高,越有利于带隙的扩展。   相似文献   

9.
陈长红  田苗  赵炜 《声学学报》2021,46(2):255-262
提出了将部分镍圆柱体镶入128°YX-LiNbO3基底的二维蜂窝状压电型声子晶体。用有限元法结合低反射边界条件计算并分析了该结构的能带结构与传输损失。结果显示:与倒圆锥体结构相比,镶入型结构具有更低的声表面波(SAW)带隙,原因是将部分柱体嵌入到基底中增加了共振体的质量。通过分析带隙边缘处振动本征模态结合传输损失发现,第一SAW带隙是由局域共振机理打开,第二SAW带隙同时具有Bragg散射特性和局域共振特性。应用质量弹簧振动系统估算了第一SAW带隙的起始频率,结果为82.98 MHz。此外,讨论了柱体几何参数对带隙特性的影响。该研究为微米尺度SAW声子晶体的带隙调控奠定了一定基础。   相似文献   

10.
二维组合宽带隙材料的研究   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
运用FDTD(时域有限差分法)研究了弹性波/声波通过二维正方形排列的铁/水声子晶体的传播特性.发现铁/水声子晶体在高频范围存在完全带隙,软包层铁/水声子晶体在低频范围出现共振带隙,它们分别对应于不同的带隙形成机理.通过铁/水声子晶体和软包层铁/水声子晶体的组合,可以得到从高频到低频的组合宽带隙结构,从而达到在更宽频范围内控制弹性波传播的目的;而且通过调整包层的厚度、铁芯的大小、以及填充率等结构参数,可以有效地调节组合宽带隙的频率结构.  相似文献   

11.
陈鑫  姚宏  赵静波  张帅  贺子厚  蒋娟娜 《物理学报》2019,68(8):84302-084302
为提高Helmholtz型声子晶体低频隔声性能,设计了一种Helmholtz腔与弹性振子的耦合结构,通过声压场及固体振型对其带隙产生机理进行了详细分析,建立了相应的弹簧-振子系统等效模型,并采用理论计算和有限元计算两种方法研究了各结构参数对其带隙的影响情况.研究表明,该结构可等效为双自由度系统振动,在低频范围内具有两个带隙;在6 cm的尺寸下,其第一带隙下限可低至24.5 Hz,而同尺寸无弹性振子结构只能达到42.1 Hz,带隙下限降低了40%,较传统Helmholtz结构具有更为优良的低频隔声特性.另外,在框体尺寸一定的情况下,降低结构间距、增大开口空气通道长度及振子质量、增大左侧腔体体积等方式,是增大带隙宽度、提高低频隔声效果的主要手段.  相似文献   

12.
胡理情  林书玉 《应用声学》2021,40(3):323-328
该文提出了一种二维声子晶体结构模型,并将该模型应用于横向尺寸较大的功率超声换能器的前盖板中,避免了形成耦合振动对换能器的影响,从而优化了该类换能器的工作性能。首先设计了一种具有近周期性结构的圆柱形孔的前盖板,然后研究了声子晶体结构前盖板散射体的半径大小和高度对换能器共振频率以及前盖板带隙的影响。结果表明,随着散射体半径和高度的增大,换能器的共振频率会随之发生改变,带隙范围也在发生变化,可以通过调节使换能器的共振频率处于声子晶体的带隙范围内,可以有效抑制换能器的横向振动。  相似文献   

13.
声子晶体的弹性波带隙特性使得它在开发用于减振降噪的新型功能材料方面具有广阔应用前景。为获得宽频大带隙,改进了一种含连接体的正方晶格声子晶体结构.利用有限元法计算并分析了不同结构配置下其能带特性和振动模态。数值结果表明,单胞中同时引入新的质量块以及连接体将对原连接体的自由振动模态产生抑制作用,可在原分离的两带隙频率范围内获得相对带宽超过100%的单一宽频带隙。此外,通过调整几何尺寸、连接体数目、结构对称性等参数可进一步调控结构带隙特性。   相似文献   

14.
袁偲  徐世林  姚建铨  赵晓蕾  曹小龙  吴亮 《中国物理 B》2014,23(1):18102-018102
A face-to-face system of double-layer three-dimensional arrays of H-shaped plasmonic crystals is proposed, and its transmission and filtering properties are investigated in the terahertz regime. Simulation results show that our design has excellent filtering properties. It has an ultra-wide bandgap and passband with steep band-edges, and the transmittance of the passband and the forbidden band are very close to 1 and 0, respectively. As the distance between the two face-to-face plates increases, the resonance frequency exhibits a gradual blueshift from 0.88 THz to 1.30 THz. Therefore, we can dynamically control the bandwidths of bandgap and passband by adding a piezoelectric ceramic plate between the two crystal plates. Furthermore, the dispersion relations of modes and electric field distributions are presented to analyze the generation mechanisms of bandgaps and to explain the location of bandgaps and the frequency shift phenomenon. Due to the fact that our design can provide many resonant modes, the bandwidth of the bandgaps can be greatly broadened. This paper can serve as a valuable reference for the design of terahertz functional devices and three-dimensional terahertz metamaterials.  相似文献   

15.
This study presents a two-dimensional phononic crystal with heat flux manipulation and wide bandgaps of out-of-plane modes within the low-frequency range. The anisotropic matrix made of spiral-multilayered materials with different thermal conductivities, and the coating layer inserted with metal are designed for heat flux manipulation. Rubber-coated metal cylinders are periodically embedded in the anisotropic matrix to obtain the low-frequency bandgaps of out-of-plane modes. Numerical simulation is carried out to validate the heat and elastic characteristics of the spiral-multilayered anisotropic structure and reveal the effects of the laying angle and temperature on the bandgaps. Subsequently, a spiral-multilayered plate with periodic structures is studied, which shows an obvious vibration attenuation in the frequency ranges of the bandgaps and a deflected heat flux from the initial propagation direction. In the experimental investigation, the multi-phase spiral-multilayered anisotropic plate is simplified to a single-phase anisotropic plate made of aluminum. The characteristics of this type of anisotropic phononic crystal structure may pave the way for the design of a new kind of thermo-acoustic metamaterial serving in combined thermal and acoustic environments.  相似文献   

16.
廖涛  孙小伟  宋婷  田俊红  康太凤  孙伟彬 《物理学报》2018,67(21):214208-214208
设计了一种由涂有硬质材料涂层的柱状压电散射体周期性连接在四个环氧树脂薄板上构成的具有大带宽的新型二维压电声子晶体板,并利用有限元方法计算了该声子晶体板的能带结构、传输损失谱和位移矢量场.研究表明:与二组元材料构成的传统声子晶体板相比,新设计的声子晶体板的第一完全带隙频率更低,并且带宽扩大了5倍;通过在压电体表面上施加不同的电边界条件,可以实现多条完全带隙的主动调控;压电效应对能带结构有很大的影响,并且有利于完全带隙的扩大与形成.基于带隙的可调谐性,分析了可切换路径的压电声子晶体板波导,结果表明可以通过改变电边界条件来限制弹性波能量流.  相似文献   

17.
一种均匀面片尺寸的图钉型电磁带隙结构只能实现一个表面波带隙,而将不同参数的图钉型电磁带隙结构级联可以实现多个或宽带的表面波带隙。利用不同金属面片尺寸的图钉型电磁带隙结构级联的方法实现双带的表面波带隙。设计两种均匀的电磁带隙结构,使其带隙范围分别覆盖天线的两个工作频带,然后将这两种结构级联起来,加载于两个缝隙天线单元之间。仿真分析和实验结果表明,级联型的电磁带隙结构可以有效抑制表面波,在两个频率带内同时减小互耦。  相似文献   

18.
《Physics letters. A》2020,384(35):126885
Aiming at the problem of low-frequency vibration and noise reduction in the engineering field, a new two-dimensional tapered scatterer phononic crystals slab is designed and the bandgap characteristics and displacement vector field of the model are simulated by means of finite element method. The numerical simulations show that an extremely wide complete bandgap can be achieved at low frequency. Compared with the reference model [Acoust. Phys. 65 (2019) 322], the first complete bandgap of the designed model has a lower starting frequency and a wider bandgap which is expanded by nearly 15 times. Moreover, the mechanism of bandgap generation is analyzed, the influences of geometric parameters and structure symmetry on the band structure are also investigated.  相似文献   

19.
By virtue of the efficiency of the Dirichlet-to-Neumann map method, the details of the band structure of a two-dimensional square lattice photonic crystal composed of dispersive metamaterial circular rods in air background has been studied. We show that there are two flat bands at the band structure of the system for both H-polarization and E-polarization. These flat bands are created around the magnetic resonance frequency, surface plasmon frequency and magnetic surface plasmon frequency. We realized that the modes with frequencies lying above the resonance frequency behave like resonant cavity modes created in a single metallic cylindrical waveguide. While, due to the relatively large and imaginary refractive index of the metamaterial rods at the frequencies lying below the resonance frequency, the modes are localized modes with negligible penetration into the rods. Moreover, the modes are localized at the interface of the cylindrical metamaterial rods and the air background for the frequencies around the surface plasmon frequency and the magnetic surface plasmon frequency.  相似文献   

20.
We study defect modes in optically induced one-dimensional lattices in photovoltaic-photorefractive crystals. These defect modes exist in different bandgaps due to the change of defect intensity. For a positive defect, defect mode branches exist not only in the semi-infinite bandgap, but also in the first and second bandgaps. When the defect mode branch is fixed, the confinement of defect modes increases with the defect strength parameter. For a negative defect, defect mode branches exist only in the first and second bandgaps. For a given defect mode branch, the strongest confinement of the defect modes appears when the lattice intensity at the defect site is not the smallest in its branch. On the other hand, when the defect strength parameter is fixed, the most localized defect modes arise in the semi-infinite bandgap for the positive defect and in the first bandgap for the negative defect.  相似文献   

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