广义Fibonacci准周期结构声子晶体透射性质的研究

提出了一维广义Fibonacci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数值计算,并与周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体的透射系数进行比较. 结果表明,利用一维广义Fibonacci准周期结构的声子晶体可获得比周期结构和标准Fibonacci准周期结构声子晶体更大的带隙范围,同时在带隙内有更丰富的局域模式存在. 对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： 广义Fibonacci准周期结构 声子晶体 局域化     

一维压电Fibonacci类准周期声子晶体传输特性

基于传输矩阵法研究了一维压电Fibonacci类准周期声子晶体的传输特性, 比较了一维Fibonacci序列压电准周期声子晶体与非压电准周期声子晶体以及压电周期性声子晶体的透射性. 计算结果表明:弹性波通过一维准周期结构压电声子晶体时与周期性声子晶体一样会有带隙的出现, 且发现具有压电性的Fibonacci序列准周期声子晶体禁带宽度发生了展宽. 进一步讨论了入射角度对固定频率下声子透射系数的影响,结果表明一维压电Fibonacci序列准周期结构声子透射性依赖于入射角度的选取.     

一维准周期声子晶体中平面波的传播和局部化

本文研究了平面波在一维准周期声子晶体中的传播,引进局部化因子的概念研究了结构的带隙特性和局部化特征,利用Wolf方法给出了局部化因子的表达式并用传递矩阵法计算了局部化因子,考查了平面波垂直入射和斜入射的情形,并与相应的周期结构及随机失谐结构进行了比较。     

二维8重固-流型准周期声子晶体带隙特性研究

针对二维8重固-流型(钢-水)准周期声子晶体,通过实验方法测试得到了不同大小准周期系统的透射谱,并利用有限元方法计算了准周期体系的频散曲线和透射谱.结果显示,实验与有限元方法所得透射谱结果基本符合,但有限元方法得到的透射谱显示的带隙特性更为明显;二维固-流型8重准周期声子晶体选用包含其中心拼图在内的最小超元胞可以近似计算整个准周期结构的频带结构.     

含复折射率介质一维准周期光子晶体的透射特性

用Si和复折射率介质构成了(AB)N型一维准周期光子晶体,在考虑Si色散关系的基础上,利用传输矩阵法研究了其透射特性.数值计算表明其TE波的透射谱有如下特征:电磁波垂直入射时,在相对频率0～4的范围内存在4个等间距的尖锐的透射主峰,各主峰低频端相距0.148 (ω/ω0)处都有一透射副峰.入射角增加,主峰的透射率下降,副峰的透射率上升.周期数N增加,各主、副峰位置都有蓝移,但主峰透射率逐渐减小,而各副峰的半峰全宽度变小.当两介质厚度为定值时,从第一主峰到第四主峰,其透射率依次减小,两介质厚度增加时,各主峰的透射率下降.复折射率虚部增加时,各透射峰的位置保持不变,主峰的透射率变大,而副峰的透射率变小,反之亦然.     

含左手材料的一维准周期光子晶体的透射特性研究

利用传输矩阵法,计算了含左手材料的一维准周期光子晶体的透射谱,并分析了其变化规律.结果表明:nR/ηL的比值对其透射谱影响较大,当比值为1时,透射率T恒为1,与N和△dR、△dL均无关;而当nR/ηL的比值在1.7～2.0之间、N=10时,透射谱的通带呈尖峰状,且通带中心在偶数倍频处有红移,通带峰值不变;而当nR/ηL的比值大于2.0时,在高频处的通带峰值变小,两介质的递增厚度△dR、△dL越大,nR越大,这种变化越明显,改变周期数N,对透射谱有较大的影响.     

小波元方法在声子晶体周期结构中的应用

将双正交小波系统和谱元法的思想结合得到一般有界区域中的双正交小波元,将小波元的边界适应性推广到一阶微分的情形,通过匹配得到严格满足边界条件的小波基函数;基于小波元发展一种一维声子晶体能带计算方法.该方法利用声子晶体本身的结构特点,兼顾小波在数值分析中的优势和边界条件的满足,与周期小波法相比,具有更高的计算精度和计算效率.     

一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式的实验研究

基于亥姆霍兹共振腔单元设计并制作了一种一维局域共振型声子晶体, 针对结构中存在点缺陷的情况, 进行了实验研究. 实验结果表明, 由于点缺陷的存在, 局域共振型声禁带中出现了缺陷模式, 并且在缺陷单元周围引起了能量的局域现象, 与理论结果符合较好. 缺陷单元从两个不同的方向趋近于完美单元时, 缺陷模式分别按照不同的规律变化, 但是越靠近禁带边缘, 所局域的能量就越多. 另外, 当缺陷单元共振频率小于完美单元共振频率时, 局域能量主要集中在声波导内; 反之, 局域能量则主要集中在共振腔内. 本研究对设计新型低频声滤波装置及高声强集中装置具有一定意义. 关键词： 亥姆霍兹共振腔 声子晶体 缺陷模式 能量局域化     

一维指数形变截面有限周期声子晶体的研究

本文利用集中质量法对弹性纵波在一维指数形截面有限周期声子晶体中的传播进行了研究, 得到了频率响应函数的表达式. 与一维等截面的声子晶体相比, 指数形变截面声子晶体带隙内的衰减值随着输出端截面积的增大而减小, 同时带隙的起始频率降低而截止频率升高, 也即带隙的宽度会得到拓展. 晶格常数和材料组份比变化时, 变截面声子晶体带隙的起始频率和截止频率的变化趋势与等截面时的声子晶体相同. 希望本文的研究能够推动声子晶体在减振降噪等领域中的应用.     

二维准晶的声子及其熔化性质

本文研究具有五次对称性的二维Penrose 准晶的声子及其熔化性质.我们找到了一个相似变换矩阵, 利用它成功地对动力学矩阵进行约化.这约化一方面大大地减少了计算量, 另一方面通过它可解析地得出振动模中有2/3是双重简并的, 而余下的1/ 3 是非简并的结论.利用原子均方位移判据, 我们研究了二维Penrose 准晶格的熔化性质, 得出边界较内部先熔化, 原子间相互作用大的系统不易熔化等合理结论。 关键词：     

弹性波在固-固结构矩形声子晶体中的传输特性

利用一维固-固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。并用转移矩阵研究了弹性波的传输特性随模式量子数和边长的变化规律。得出了一些不同于一维固-固结构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,禁带的频率中心和频率宽度与模式量子数和边长有关。     

一维固-固结构圆柱声子晶体中弹性波的传输特性

利用一维固-固结构圆柱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.并利用转移矩阵研究了弹性波的传输特性随模式量子数和圆柱半径的变化规律.得出了一些一维固-固结构圆柱声子晶体的新特征,即弹性波的传输特性由模式量子数和圆柱半径决定. 关键词： 圆柱声子晶体 弹性波 受限 模式     

正方点阵上Fibonacci超元胞声子晶体的带结构

用平面波展开方法研究了水柱体作为填充物, 按照二维Fibonacci排列成超元胞填充在Hg基体中构成的声子晶体的声频带结构. 结果发现, 随着超元胞中准晶格常数的变化, 各个能带均出现三分裂. 对声场分布的研究发现了居间态的存在. 这些现象体现了准周期结构的特征. 关键词： Fibonacci排列 声子晶体 能带结构     

Investigation of a silicon-based one-dimensional phononic crystal plate via the super-cell plane wave expansion method

The super-cell plane wave expansion method is employed to calculate band structures for the design of a silicon-based one-dimensional phononic crystal plate with large absolute forbidden bands. In this method, a low impedance medium is introduced to replace the free stress boundary, which largely reduces the computational complexity. The dependence of band gaps on structural parameters is investigated in detail. To prove the validity of the super-cell plane wave expansion, the transmitted power spectra of the Lamb wave are calculated by using a finite element method. With the detailed computation, the band-gap of a one-dimensional plate can be designed as required with appropriate structural parameters, which provides a guide to the fabrication of a Lamb wave phononic crystal.     

Acoustic band pinning in the phononic crystal plates of anti-symmetric structure

Acoustic bands are studied numerically for a Lamb wave propagating in an anti-symmetric structure of a one-dimensional periodic plate by using the method of supercell plane-wave expansion. The results show that all the bands are pinned in pairs at the Brillouin zone boundary as long as the anti-symmetry remains and acoustic band gaps (ABGs) only appear between certain bands. In order to reveal the relationship between the band pinning and the anti-symmetry, the method of eigenmode analysis is introduced to calculate the displacement fields of different plate structures. Further, the method of harmony response analysis is employed to calculate the reference spectra to verify the accuracy of numerical calculations of acoustic band map, and both the locations and widths of ABGs in the acoustic band map are in good agreement with those of the reference spectra. The investigations show that the pinning effect is very sensitive to the anti-symmetry of periodic plates, and by introducing different types of breakages, more ABGs or narrow pass bands will appear, which is meaningful in band gap engineering.     

平板二维声子晶体声波能带结构研究

利用超元胞法,研究由钢板上生长有限长度的钢柱体形成的散射体嵌入环氧树脂基体中所构成的平板二维声子晶体的声波能带结构,分析散射体的几何参数如柱体的高、半径和板的厚度对声波带隙的影响。研究结果表明:(1)这种新型的声子晶体具有很宽的带隙,且带隙出现在低频范围内;(2)散射体的几何参数对带隙的宽度有很大的影响,它们是控制带隙宽度的主要因素。     

Zone folding induced tunable topological interface states in one-dimensional phononic crystal plates

In previous literature, the realization of topological interface state in one-dimensional periodic system is strongly relied on the tedious parameter adjustment to search for the Dirac cone. In this paper, based on a strategy of zone folding, multiple topological interface modes for the shear horizontal guided waves in one dimensional phononic crystal plate are investigated by using finite element method and eigenmode matching theory, in which the Dirac points are formed by simply making the unit cell double. Significantly, by simply contracting or expanding the stubs can bring the topological phase transition. Furthermore, the topological phase transition is further achieved by varying the height of the stubs. The proposed designs will be more convenient to be applied in real engineering.