多振子声子晶体的低频特性研究

本文设计了一种由硅橡胶包覆层包裹4个钨振子的新型声子晶体结构,通过有限元法计算该结构的色散曲线、振动模态和传输损失谱。结果表明,该结构的带隙范围为18.85~225.28 Hz,与传输损失谱频率衰减范围相吻合,能够有效抑制20~200 Hz的弹性波在声子晶体中传播。通过分析色散曲线上点的振动模态,说明带隙产生的原因。本文讨论了声子晶体板的缺口角度和振子之间的纵向和横向间距对带隙的影响,结果表明:当缺口角度减小时,带隙下边界几乎保持不变,带隙上边界升高从而增加了带隙的宽度;振子之间横向或纵向间距增大时,带隙下边界和上边界均上升,带隙变宽,进而优化了声子晶体模型的带隙。同时声子晶体板的缺口设计能够节省材料,从而减轻结构的质量。     

弯曲圆盘换能器与镜像虚源的互辐射作用

建立了弯曲圆盘换能器镜像虚源等效模型,利用脉动球源互作用原理对弯曲圆盘与其镜像虚源的互辐射作用进行理论分析,给出了互辐射阻抗及系统谐振频率的数学表达。提出了虚源互作用的低频换能器设计思想,将刚性反射板引入弯曲圆盘换能器临近辐射面的声场中,通过理论分析、有限元模拟和样机实验研究了低频换能器谐振频率与主要结构参数之间的关系。结果表明,弯曲圆盘与镜像虚源间的互辐射作用可以有效降低换能器的谐振频率,当反射板直径与弯曲圆盘辐射面直径相当时,谐振频率可降低至其自身谐振频率的50%以下;当反射板直径为弯曲圆盘辐射面直径2倍时,谐振频率可降低至37%。      

二维局域共振周期格栅结构的低频振动带隙特性研究

为了解决周期格栅结构在低频领域的振动问题，基于局域共振机理，本文设计了一种新型复合二维周期格栅结构，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，并在此基础上对结构进行优化设计。分析发现，仅对包覆层结构进行优化，便可大幅降低带隙的起始频率。带隙的位置由对应局域共振模态的固有频率决定，通过改变结构的材料和尺寸参数可以将带隙调节到满足实际工程应用的范围。数值仿真结果与试验测试结果一致，该结构可在40～90 Hz的低频范围打开宽度50 Hz的完全带隙，最大振动衰减达到36 dB。这种结构设计为周期格栅结构获得低频、超低频带隙提供了一种有效的方法，具有潜在的应用前景。     

含谐振单元和弹性支承谐振单元的声子晶体低频禁带特性研究

在结构中周期性地添加谐振单元可以构造局域共振声子晶体并产生低频禁带。本文提出了一种具有谐振单元和弹性支承谐振单元的声子晶体结构,通过声子晶体理论和振动理论对该结构的禁带特性和禁带调控特性进行了计算与分析。结果表明,该结构可在0 Hz处形成禁带;禁带内对振动的衰减强度由衰减因子和有限结构周期数共同决定;结构中存在1条可调控禁带和3条不可调禁带;可调控禁带可以通过改变谐振单元和弹性支承谐振单元的结构参数加以调控;不可调禁带包括第一禁带,它们能够较为稳定地对一定频率的弹性波产生衰减作用。该结构所具有的禁带特性在管路、桥梁和汽车减振领域具有潜在应用。     

单面柱局域共振声子晶体低频带隙特性分析及结构改进研究

基于有限元法对单面柱局域共振声子晶体进行带隙特性分析,研究了结构参数对该类型声子晶体的影响。结果表明:随着散射体高度的增加,单面柱声子晶体的第一完全带隙的起始频率逐渐降低,带宽逐渐增大;随着基板厚度的增大,单面柱声子晶体的起始频率逐渐升高,截止频率先增大后减小。并且在经典单面柱声子晶体的基础上,组合了两种新型的三组元单面柱声子晶体结构:嵌入式单面柱声子晶体(以下简称结构Ⅰ)和粘接式单面柱声子晶体(以下简称结构Ⅱ)。通过对其带隙特性的分析得出:这两种新结构与经典的单面柱声子晶体相比,都具有更低频的带隙,这对于低频减振降噪是非常有利的。本文的结果将对实际的工程应用提供一定的理论指导。     

大尺寸非对称薄膜型声学超材料的低频隔声特性研究

针对低频声波的衰减问题，设计了一种大尺寸月牙盘非对称薄膜型声学超材料结构，利用有限元法计算了其传输损失和位移场。其结构尺寸可达100 mm,隔声频率降低至10 Hz,并在10～500 Hz的低频范围内展现出良好的隔声性能。与对称型薄膜声学超材料结构的隔声频带和隔声量相比，通过在单胞中引入不对称性，使得结构的低频隔声频带拓宽了23 Hz。通过模态分析发现，不对称性使薄膜声学超材料产生更多的振动耦合模式，Lorentz共振与Fano共振的同时存在提升了月牙盘型非对称结构的隔声性能。同时，薄膜和质量块的尺寸与偏心量等参数变化可进一步优化隔声效果，为声屏障低频隔声效果的提升在结构优化设计方面提供了一种解决思路。     

耳蜗结构对低频信号频散特性的影响

耳蜗是人体最为精密的力学元器件,能处理频率从几十到几万赫兹的声信号.实验研究表明,声波进入耳蜗后,沿着基底膜传播,基底膜能够将不同频率的声信号分散到不同的位置,并为位于基底膜上的毛细胞所感知,就像一个天然的Fourier(傅里叶)滤波器.在von Békésy行波理论框架体系下,基于Manoussaki等的三维螺旋基底膜流固耦合耳蜗模型,考虑耳蜗导管高度和基底膜刚度均为纵向梯度变化,推导出基底膜声波传播的频散方程,分别分析了基底膜刚度和耳蜗导管高度对频散特性的影响.发现耳蜗内淋巴液的存在大大提高了耳蜗对低频信号的处理能力,且捕获频率随基底膜刚度和耳蜗导管高度的减小而降低,两者梯度变化在声信号调制中起协同作用.最后,以人、沙鼠和豚鼠的具体耳蜗参数为例,得到3种生物耳蜗频率-点位图,并验证了低频段模型预测的正确性,比较分析了耳蜗频散功能与生物适应性之间的关系.     

InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管发光机理转变的低频电流噪声表征

本文对InGaN/GaN多量子阱结构发光二极管开启后的电流噪声进行了测试, 结合低频电流噪声的特点和载流子之间的复合机理, 研究了低频电流噪声功率谱密度与发光二极管发光转变机理之间的关系. 结论表明, 当电流从0.1 mA到10 mA逐渐增大的过程中, InGaN/GaN发光二极管的电流噪声行为从产生-复合噪声逐渐接近于低频1/f噪声, 载流子的复合机理从非辐射复合过渡为电子与空穴之间载流子数的辐射复合, 并具有标准1/f噪声的趋势, 此时多量子阱中的电子和空穴之间的复合趋向于稳定. 本文的结论提供了一种表征InGaN/GaN多量子阱发光二极管发光机理转变的有效方法, 为进一步研究发光二极管中载流子的复合机理、优化和设计发光二极管、提高其发光量子效率提供理论依据.     

点阵式上转换板在激光光斑采集中的应用研究

 通过在镜头前加装上转换板,利用其快速的红外上转换功能可以提高CCD对于低频窄脉冲光斑的采集效率。然而在利用传统面阵式工艺制成的上转换板采集光斑的过程中,普遍存在因上转换材料内部漫反射及局部饱和效应造成的光斑形状和光强分布的失真。针对上述问题,提出了一种新的点阵式上转换板制作工艺,并设计了点阵式上转换板光斑采集成像质量对比实验。实验结果表明,点阵式上转换板对低频窄脉冲光斑有更好的采集效果。为评价点阵式上转换板所采集光斑的成像质量,建立了相应的评价模型。     

拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用

石墨烯是sp2碳原子紧密堆积形成的二维原子晶体结构,因其独特的结构与性质引起了科学家们的广泛关注.拉曼光谱是一种快速而又简洁的表征物质结构的方法.主要综述了拉曼光谱技术在石墨烯结构表征中应用的一些最新进展.首先,在系统分析石墨烯声子色散曲线的基础上介绍了石墨烯的典型拉曼特征(G'峰、G峰和D峰),讨论了G'峰、G峰和D峰在石墨烯层数的指认和石墨烯边缘与缺陷态分析中的应用;然后,通过对石墨烯拉曼G峰和G'峰的峰位、峰型以及强度的分析,讨论了石墨烯的层间堆垛方式、掺杂、基底、温度和应力等对石墨烯的电子能带结构的影响;最后,介绍了石墨烯中的二阶和频与倍频拉曼特征以及石墨烯的低频拉曼特征(剪切和层间呼吸振动模),并讨论了其对石墨烯结构的依赖性.