二维声子晶体振动带隙的最佳参数分析

基于平面波展开法研究二维声子晶体振动带隙的最佳参数特性,数值计算基体为硅橡胶散射体为铝时正方格子和三角格子二维声子晶体的XY模式和Z模式的带隙特性,得到三角格子声子晶体更易形成较宽振动带隙.改变散射体材料特性,模拟得到散射体密度大的材料能够形成较宽带隙.研究结论对于声子晶体应用制作提供理论参考.     

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.     

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.     

基于带隙特性含周期孔的声子晶体板设计

提出一种含有周期孔和周期柱的声子晶体结构,通过与原始的板柱型声子晶体结构比较,周期孔的引入在增加带隙宽度的同时也增强了其减振特性.可根据结构应变能以及提出的有效质量分析其带隙机理.同时,研究了孔半径、柱半径以及柱高度对声子晶体板带隙特性的影响.研究表明柱半径、孔半径以及柱高度的增加都会使得带隙宽度增加,对应减振特性越好.     

弯折臂格栅结构声子晶体带隙优化

通过对弯臂格栅结构声子晶体中密度、弹性模量以及模型几何参数等因素对第一带隙宽度的影响规律的研究,对弯臂格栅结构声子晶体设计参数进行了优化,优化后的结构较初始设计结构带隙宽度增加了近三倍,该优化方法有效地改善了声子晶体的带隙特性.选取与文献中相同的参数所得的计算结果与文献中的实验结果吻合良好,证明了计算模型的理论可行性,同时设计参数对带隙的影响规律与COMSOL进行了对比也验证了规律的正确性,在此基础上利用基于NSGA-II遗传算法的优化方法可以实现对声子晶体结构带隙的控制.     

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.     

不同材料构成声子晶体带隙特性研究

基于平面波展开法研究不同材料构成声子晶体带隙特性.数值模拟得到碳散射体与不同基体材料构成正方形声子晶体XY模式的能带结构,环氧树脂基体与不同散射体材料构成正方形声子晶体XY模式的能带结构,正方形和三角形结构声子晶体Z模式的能带结构.结果表明增加散射体与基体的密度比,更容易出现带隙,三角形结构相比正方形结构更易形成较宽带隙.研究结论为声子晶体器件制作提供理论依据.     

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.     

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.     

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.     

基于进化算法的一维多相声子晶体拓扑优化设计

带隙特性是声子晶体材料和结构的一个重要特征,在材料的隔振、隔声和滤波等领域具有潜在的应用价值。控制和调整周期性微结构内的材料布局及属性,可以设计出所需特殊带隙要求的声子晶体。本文通过遗传算法和拓扑优化技术研究了一维三相声子晶体的优化设计,并给出了两个算例研究。结果表明,三相材料能够得到更好的隔振效果,对比两相材料,三相声子晶体能够大幅降低禁带频率,并得到高达99.21%的禁带。可见,利用进化算法进行多相声子晶体的拓扑优化设计是可行的。     

基于声子晶体环形腔的可调声波分插滤波器

设计了两个声子晶体线缺陷波导,通过环形谐振腔耦合,构造出声波分插滤波器,可以上传、下载高品质的声波导模.文中采用有限元方法分析声波在平台中的传播,结果表明,采用方柱体为散射体,谐振腔内腔平滑,可以增强谐振腔局域性;适当旋转耦合方柱体,可以增大透射率,当转角30°时透射率最大;利用环形腔体的旋转可以实现对谐振频率的精细调节.这些研究对声波器件的集成设计具有潜在应用.     

一维声子晶体缺陷态的研究

用特征矩阵法计算了声波在包含缺陷的一维声子晶体中的传播规律.其带隙结构与不包含缺陷结构的带隙结构相比有明显的不同,系统的透射率不仅与掺杂或替换的介质种类和层数有关,而且与介质的厚度有关.对于通带中的固定频率,透射率随介质厚度的增加呈周期性变化.     

基于二维声子晶体的选频选向加权声波导

本文提出一种基于二维压电声子晶体的声表面波选频选向加权声波导,即在垂直的两个方向上具有不同的晶格常数.为分析其特性,以空气孔/128.YX铌酸锂声子晶体为例,采用有限元方法并结合纵向深度上位移场的分布特点提取出表面波模态,同时采用P矩阵模型和三维有限元方法分析了ΓX和ΓY方向上的传输系数,进一步提取出位移场的传播分布.结果具有很好一致性,同时显示不同晶格加权结构,在特定频段上实现一个方向带通而另一个方向带阻,即具有选频选向的声波导特性,证实了提出的选频选向加权声波导的可行性.     

各向异性声子晶体能带结构的计算

边界元法被用于计算各向异性二维声子晶体的能带结构,该体系由各向异性或各向同性夹杂嵌入各向同性或各向异性基体中而形成.在一个单胞内分别对基体和散射体建立边界积分方程,在基体边界上施加Bloch条件,然后代入界面条件得到一个线性的特征值方程.通过对不同体系声子晶体能带结构的计算,并和其它方法的计算结果进行比较,说明边界元法可以有效准确地计算各向异性声子晶体的能带结构;而且,与各向同性体系相比,正交材料旋转角的变化对面外模态的能带结构有一定影响.     

局域共振声子晶体的离散化及其线缺陷研究

提出了一种局域共振声子晶体基本模型,将其散射体离散化,研究了二者的能带结构及隔声曲线.采用有限元法结合超原胞技术,将离散模型引入基本模型组成的超原胞中,研究了多种形式的线缺陷对能带结构及隔声曲线的影响.结果表明,离散模型比基本模型具有更宽的带隙,同时隔声效果更好;通过引入线缺陷,可以在能带结构中产生缺陷带,声波被局域在缺陷处只能沿缺陷传播,缺陷带的数量及位置受到线缺陷形式的影响;同时,线缺陷形式影响隔声效果,横向和纵向复合线缺陷隔声效果最好.研究结果可以为声子晶体的实际工程应用提供一定的理论参考.     

声子晶体中波传播的自准直效应

本文针对不同介质形成的周期性阵列结构进行了不同频率的波传输计算,发现波在阵列声子晶体结构中的传输特性与光在光子晶体中的自准直类似,具有波传播的自准直效应.进一步计算发现,波在声子晶体中传输的自准直特性与外部介质和阵列结构的材料属性密切相关,也与阵列结构单胞中金属柱的截面几何特性相关.波传播的自准直效应产生的频率范围随模...