不同形状散射体的二维固/气声子晶体带隙结构

用平面波法计算了截面形状分别为圆、椭圆和正四棱形的铝合金柱体在空气中按正方格子排列形成二维声子晶体的带隙结构.结果表明:截面形状不同的散射体会产生不同的带隙结构;三种体系的声子晶体都只有在填充率F大于一定数值时才会出现完全带隙,并且第一完全带隙宽度都随着F的增大而单调增加,当F达到最大时,增加到极值;在F《0.5时,正四棱柱/空气体系声子晶体最有利于产生宽带隙,而当F》0.5时,圆柱体/空气体系声子晶体带隙最宽.     

不同参数声子晶体第一完全带隙影响因素研究

基于时域有限差分法研究了二维声子晶体的第一完全带隙,数值计算了不同基体和散射体参数下XY模式的带隙特性.结果表明随着散射体与基体密度比的增大,第一完全带隙增宽.同时研究了不同晶格结构参数和填充率参数对第一完全带隙的影响,三角晶格的填充率高于正方晶格,较宽的带隙范围.研究结论为声子晶体器件的设计提供理论依据.     

二维类三角晶格声子晶体的声学带隙特性分析

首先划分7种类三角晶格声子晶体按三角点阵排列,并推导它们的结构因子,然后利用平面波展开法数值计算了类三角晶格水/水银声子晶体的能带结构,分析了带隙的各向同性以及归一化半径对带隙的影响.结果表明:(3.4.6.4)品格、(34.6)晶格、(3.6.3.6)晶格、(63)晶格水/水银声子晶体可以产生较宽频率范围的带隙;(3.12.12)晶格和(4.6.12)品格水/水银声子晶体存在很窄低频带隙;单胞含6个和3个“原子”水/水银声子晶体容易形成各向同性带隙;选取归一化半径分别为0.38和0.28,使类三角晶格水/水银声子晶体的第1和第2带隙都获得最大值.     

基于边界元法的非完好界面三角晶格声子晶体带隙计算

采用边界元法研究了具有非完好界面条件的二维三角晶格声子晶体的带隙特性.结合Bloch周期原理,针对二组元三角晶格固-固体系声子晶体推导了含非完好界面条件的边界元特征值方程.基于该方程,计算了含有不同截面散射体(圆形截面、椭圆截面、正方截面)的能带结构,讨论了晶格对称性对能带结构的影响;并且分析了圆形截面散射体填充比的变化对带隙位置及宽度的影响.通过与其它计算方法的结果比较,说明边界元法可以有效准确地计算具有不同界面条件和不同散射体形状的声子晶体的能带结构.而且,非完好界面条件的声子晶体可以在低频打开完全带隙,尤其圆形截面最为明显.     

二维嵌套复式结构声子晶体的带隙研究

用小尺寸多圆柱阵列替代简单晶格中的每个单圆柱基元,构成一种全新的嵌套复式正方周期结构二维声子晶体.借助于平面波法计算了其带隙结构,得出了带隙分布图,讨论了基元阵列的内组合方式及总填充率对带隙范围和带隙数目的影响,并与简单晶格进行比较,从理论上验证了嵌套复式声子晶体利用小尺寸圆柱阵列展宽带隙及增加带隙数目的可行性.     

音叉型声子晶体能带结构研究

利用超元胞法研究音叉型散射体构成的声子晶体的声波带结构,分析音叉型散射体的几何参数(板的厚度,圆柱体的半径和高)对能带结构的影响.研究结果表明:这种新型的声子晶体比传统声子晶体具有更优的带隙,而且带隙的调节机制更为简单,结果还表明超元胞法是研究这一类声子晶体能带结构的一种有效方法.     

二维固-液声子晶体带隙特性的实验仿真

声子晶体的带隙特性受不同材料构成和填充率等条件的影响.本文基于时域有限差分法,实验仿真对比固-液、固-气和固-固二维声子晶体带隙特性,得出不同固体材料与水构成二维正方晶格圆柱声子晶体带隙特性,分析了填充率对钨-水结构声子晶体带隙特性的影响.研究结论对固-液声子晶体器件的制作提供参考.     

新型多重谐振结构声子晶体带隙特性研究

本文设计了一种新型的多重谐振声子晶体结构,建立了带隙上下界频率振动模态的等效模型,通过有限元方法分析了该结构的带隙产生机理以及影响带隙宽度的因素,并对模型的合理有效性进行了验证.结果表明:该结构属于局域共振型声子晶体,能够在中低频段内获得两个带隙,并且内层散射体质量决定第一带隙起始频率,外层散射体质量决定第二带隙的截止频率.通过对散射体质量,填充率,包覆层弹性模量的优化,可以对其带隙上下界频率进行调控.研究结果为声子晶体的结构设计提供了参考.     

一维多孔硅声子晶体的带隙研究

多孔硅的力学性质随多孔度有较大变化,因此可以用多孔硅材料来构建声子晶体结构.本文将在理论上讨论一维多孔硅声子晶体的带隙,设计出宽禁带声子晶体结构,分析其相关的物理特性.计算结果表明薄的高孔度插入层将获得宽的带隙,而声子晶体异质结能够获得更宽带隙.     

基于声子晶体带隙特性的薄板减振设计

基于平面波展开法和薄板振动方程,计算了薄板型声子晶体的带隙和减振特性,通过与有限元软件的计算结果验证带隙计算的正确性,并进一步讨论了散射体几何形状及填充率、弹性模量比、密度比等对薄板型声子晶体带隙特性和减振的影响.结果表明正多边形散射体随边数的减小,第一带隙宽度逐渐增加,正方形散射体薄板减振效果明显.填充率对声子晶体带隙特性的影响不是线性的.随散射体基体弹性模量比数量级增大,第一带隙趋于低频,宽度降低.散射体基体弹性模量比较大时,密度比越大,第一带隙宽度越大,对应的薄板结构减振特性越好.     

类正方阿基米德格子声子晶体的声学能带结构特性

利用平面波展开法计算了类正方阿基米德格子水/水银声子晶体能带结构。结果表明:与正方晶格水/水银声子晶体对比,单胞含有4个"原子"类正方阿基米德格子声子晶体存在各向同性带隙和高频带隙;在低频范围内,讨论归一化半径对类正方阿基米德格子和正方晶格水/水银声子晶体带隙相对宽度的影响,并比较它们带隙相对宽度,选择合适归一化半径值,这些类型声子晶体能够得到最宽的带隙。     

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。     

二维连接板式声子晶体低频带隙仿真研究

为了能够控制低频噪声,设计了一种二维连接板式声子晶体。运用有限元法计算了该结构的色散曲线及位移场。结果表明,所设计结构在29.37~354.07 Hz存在带隙。与文献模型相比,该结构的起始频率更低,带隙更宽,说明连接板结构声子晶体更容易获得低频带隙。通过位移场的振动模态分析,并结合质量-弹簧模型,解释了带隙产生的原因。在此基础上,讨论了连接板宽度和硅橡胶包覆层开孔半径大小对带隙的影响,随着连接板的宽度减小以及硅橡胶包覆层上孔的半径减小,该结构的带隙逐渐变宽。     

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。     

基于散射单元的声子晶体振动带隙研究

硬质芯体及其包覆层构成的复合结构称为散射单元,散射单元按照特定的排列方式可以构成声子晶体.文章采用有限元方法分别计算了立方散射单元构成的一维声子晶体及简单立方结构三维声子晶体的振动特性,结果表明,两种声子晶体的振动带隙有较好的一致性,因此,对三维声子晶体振动带隙的研究可以简化为对一维声子晶体振动带隙的研究.叠加层数、芯体材料对一维声子晶体振动带隙的影响在文中进行了讨论.最后,声子晶体的振动特性测试结果验证了文中的结论.     

具有完全带隙的异质结构声子晶体的声波导特性

利用正方形和三角形结构声子晶体具有范围较大完全带隙的特性,设计了新型正方形晶格和三角形晶格构成的声子晶体异质结.采用平面波展开和超原胞相结合的方法研究了该异质结的能带结构特性.给出异质结的结构和相应的能带图,分析了异质结界面传导模,研究两侧结构作横向拉开和侧向滑移时对传导模的影响,讨论这些结构的实际可行性.计算结果表明,没有任何晶格移动,该结构异质结在完全带隙中就有传导模存在,界面两侧发生相对移动时,带隙内传导模的数量及位置都发生变化.     

二维声子晶体微腔能带结构的有限元分析与设计

本文基于ABAQUS建立了二维声子晶体体波能带结构的有限元计算方法.该方法首先利用周期性边界条件和Bloch定理,将周期结构的有限元离散特征方程化归到一个周期单胞内的复系数特征方程,然后将其分为实部和虚部两组方程,并在周期单胞边界上应用Bloch定理,求解得到的实数特征方程,获得频散曲线.与已有计算方法相比,该方法在适用性、计算速度、精确度和收敛性等方面具有明显的优越性.在此基础上使用发展的有限元方法分析研究了不同形状的声子晶体微腔的能带结构特性.结果表明这些晶体结构对于特定频率的声波可以将其限制在声子晶体微腔内,在一定环境下有着较好的吸声降噪功能.