聲子晶體型周期復(fù)合結(jié)構(gòu)禁帶特性研究.pdf

1、彈性波或聲波在周期性復(fù)合介質(zhì)中傳播時，有可能會產(chǎn)生類似光子晶體的禁帶特性；即處于禁帶頻率范圍內(nèi)的彈性波或聲波將被禁止傳播，于是提出了聲子晶體的概念。這一概念的提出和證實，迅速引起了世界各國有關(guān)研究機構(gòu)的高度關(guān)注，并積極地開展了研究。這些研究一方面是深入探索聲子晶體的禁帶機理和特性；另一方面是努力謀求為工程中日益迫切和苛嚴的振動噪聲控制提供新的思路和途徑。
　　 本論文在討論了聲子晶體現(xiàn)有基本理論和研究方法的基礎(chǔ)上，較深入地研究了

2、一維、二維和三維聲子晶體的某些特性及其影響因素。同時，利用聲子晶體的禁帶原理，嘗試通過構(gòu)建具有聲子晶體禁帶特性的周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)，用于工程結(jié)構(gòu)振動噪聲控制的可行性。主要研究工作包括：
　　 (1)用波傳播法對縱波在一維聲子晶體中的禁帶特性進行了研究，并與平面波展開法進行對比，發(fā)現(xiàn)波傳播法能在較短計算時間內(nèi)得到禁帶頻率。在處理粘彈性材料的頻變特性時，波傳播法能直接得到禁帶頻率，比經(jīng)過迭代改進的平面波展開法要快的多。
　　 (

3、2)用平面波展開法對二維二元和三元薄板型聲子晶體的彎曲禁帶特性進行了研究。在二維三元薄板型聲子晶體中得到了基于局域共振的低頻禁帶，分析討論了填充率、半徑比等對禁帶特性的影響。采用有限元法對有限周期復(fù)合薄板結(jié)構(gòu)彎曲振動的傳輸特性進行計算，發(fā)現(xiàn)彎曲振動在有限板中也受到了較大的抑制，但與禁帶頻率有一定的差異；并討論了邊界條件對有限周期復(fù)合薄板結(jié)構(gòu)振動傳輸特性的影響。
　　 (3)用平面波展開法研究了將鋼立方散射體以簡單立方點陣形式嵌入

4、環(huán)氧樹脂基體中形成三維聲子晶體的禁帶特性，分析討論了填充率、散射體參數(shù)變化等對禁帶頻率的影響。發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)散射體的邊長比，可以得到不同方向上的禁帶。
　　 (4)用波傳播法研究了鋼/環(huán)氧樹脂周期結(jié)構(gòu)梁的禁帶特性，發(fā)現(xiàn)剪切變形和轉(zhuǎn)動慣量的考慮會使禁帶頻率降低，并分析討論了梁幾何物理參數(shù)對禁帶頻率的影響。利用聲子晶體的禁帶原理，在無限梁上周期性配置動力吸振器來阻止彎曲振動的傳播，討論了動力吸振器和梁參數(shù)等對禁帶頻率的影響。有限元仿真

5、計算表明，禁帶頻率內(nèi)的有限梁結(jié)構(gòu)對彎曲振動也有很好的抑制作用。
　　 (5)用波傳播法導(dǎo)出了平面波垂直入射時一維層狀聲子晶體禁帶特性的計算方法，探討了構(gòu)建聲子晶體型周期組合板結(jié)構(gòu)用于阻斷人體敏感噪聲譜的可行性。
　　 分析計算了由多層鉛/軟橡膠和鋼/丁腈橡膠聲子晶體構(gòu)成的組合板結(jié)構(gòu)的隔聲性能。
　　 討論了層數(shù)、組合方式等對隔聲性能的影響。發(fā)現(xiàn)通過參數(shù)的合理調(diào)制和搭配，多組聲子晶體組合板結(jié)構(gòu)能夠降低起始頻率和提高

6、禁帶寬度。
　　 (6)基于Flügge 殼體理論，采用波傳播法對兩種不同材料組成的周期性復(fù)合管道的禁帶特性進行了研究，在不同周向模態(tài)下均發(fā)現(xiàn)了禁帶頻率。分析討論了彈性模量比、密度比、晶格常數(shù)和管厚等對禁帶頻率的影響。結(jié)果表明，通過參數(shù)的合理調(diào)制，設(shè)計一種能夠隔阻振動的周期性復(fù)合管道結(jié)構(gòu)是可行的。
　　 本文研究成果有助于將聲子晶體這一概念和原理應(yīng)用到振動噪聲控制中；所構(gòu)建的若干聲子晶體型周期復(fù)合結(jié)構(gòu)及對其禁帶特性的分析