具有周期/準(zhǔn)周期單胞分布特性的點陣/多孔結(jié)構(gòu)具有輕質(zhì)量、高強度、大比剛度等力學(xué)特性,并往往具備特異的光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)特性,在超輕質(zhì)材料、聲學(xué)/光學(xué)非互易傳輸裝置,聲學(xué)/光學(xué)隱身罩,聲/熱/光能量收集設(shè)備等新興應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。目前學(xué)界統(tǒng)稱這些具有微觀結(jié)構(gòu)并具有某種或某幾種超常性質(zhì)的材料/結(jié)構(gòu)為超材料/結(jié)構(gòu)。對于超材料/結(jié)構(gòu)中的材料分布,工程應(yīng)用中普遍還是采用經(jīng)驗式的設(shè)計,設(shè)計流程長且沒有理論指導(dǎo),因此有必要研究更先進(jìn)的超材料/結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。此外,近年來隨著增材制造等新興制造技術(shù)的飛速發(fā)展,對于具有復(fù)雜幾何細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)的制造能力大大增強,使得上述超材料/結(jié)構(gòu)的實際生產(chǎn)制造成為可能,同時也提出了新的制造約束。而增材制造相對昂貴的材料費用以及業(yè)界日益苛刻的輕量化需求,使得考慮可制造性的點陣/多孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計成為目前的研究熱點。為了最大程度的利用給定材料并滿足制造性約束,對于結(jié)構(gòu)不同部位,需給出具有真實尺寸的不同形式的微結(jié)構(gòu)設(shè)計,這與傳統(tǒng)的基于嚴(yán)格尺度分離假設(shè)及全局周期性假設(shè)的漸進(jìn)均勻化方法相矛盾。新型制造技術(shù)的發(fā)展帶來了新型的多尺度結(jié)構(gòu),為了滿足新型結(jié)構(gòu)/材料的設(shè)計需求,必須發(fā)展新的設(shè)... 

【文章來源】：大連理工大學(xué)遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：171 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１面向３Ｄ打印的點陣填充結(jié)構(gòu)??Ｆｉ．?１．１?Ｌａｔｔｉｃｅ?ｆｉｌｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｆｏｒ?３Ｄｒｉｎｔｉｎ

構(gòu)材料不同的基體材料；三維聲子晶體一般為球形或其它形狀散射體周期性地埋入某種??基體材料所形成的夾雜點陣結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形式可為簡單立方、面心立方或者體心立方等。??圖１．２給出了三種維度下聲子晶體結(jié)構(gòu)的示意圖。??Ｂｌｏｃｈ定理表明聲波＼彈性波在聲子晶體中會以Ｂｌｏｃｈ波的形式傳播，其傳播模式可??用Ｂｌｏｃｈ波矢Ｋ表征。通過一定的方法可以得到聲子晶體在不同頻率下的波矢量，從而??可以對聲子晶體中的彈性波傳輸特性進(jìn)行分析。通常以ｈ?７軸分別表征Ｂｌｏｃｈ波矢Ｋ??和頻率〇ｊ，兩者之間的關(guān)系曲線稱為聲子晶體的能帶結(jié)構(gòu)。纟帶結(jié)構(gòu)可以揭不不冋頻率??聲波／彈性波在聲子晶體中的傳播規(guī)律。如果能帶圖中某些頻率范圍內(nèi)的聲波／彈性波沒??有對應(yīng)的Ｂｌｏｃｈ波矢，就說明這些頻率內(nèi)的聲波／彈性波在此聲子晶體內(nèi)無法傳播，這樣??的頻率范圍稱為聲子晶體的禁帶。??搴ｆ雜??圖１．２聲子晶體示意圖??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｈｏｎｏｎｉｃ?ｃｒｙｓｔａｌ??減振降噪是工程界長期關(guān)注和致力于解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。機械振動以彈性波的形??式在結(jié)構(gòu)中傳播不僅可能會影響精密設(shè)備及儀器的精度并造成機械設(shè)備的疲勞破壞，其??向空氣中輻射的聲波還會產(chǎn)生機械噪聲，嚴(yán)重時會影響人們的身體健康。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，??工業(yè)中大部分固體機械零部件的破壞都是振動引起的材料疲勞所產(chǎn)生的，而航空航天行??業(yè)中大部分的衛(wèi)星、火箭故障也往往與結(jié)構(gòu)振動直接相關(guān)。通過聲子晶體的能帶理論

Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｃｏｕｓｔｉｃ?ｒｅｃｉｐｒｏｃｉｔｙ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??雖然聲子晶體的出現(xiàn)為構(gòu)建聲學(xué)二極管創(chuàng)造了可能，但是，由彈性力學(xué)中的互易定??理（圖１．３）我們知道，線性系統(tǒng)中聲波／彈性波的傳輸是互易的，即聲波／彈性波在線性??系統(tǒng)里是對稱傳輸?shù)摹Ｖ庇^地說，正如我們?nèi)粘Ｉ钪懈惺艿降囊粯樱－h(huán)境下，如??果我們能聽到某人講話，那么他也能聽到我們說話。不巧的是，聲子晶體雖然具有帶隙??特性，但是一般情況下仍是線性系統(tǒng)，必須服從聲波／彈性波傳輸?shù)幕ヒ锥ɡ�，這對我們??基于聲子晶體設(shè)計聲學(xué)單向傳輸裝置提出了挑戰(zhàn)。??基于此，本文的第一個研究問題是，如何利用聲子晶體等聲學(xué)新穎結(jié)構(gòu)／材料打破聲??學(xué)互易定理，設(shè)計出一種新型的聲波／彈性波非互易傳輸裝置。??－４?－??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]拓?fù)鋬?yōu)化中采用增材制造填充構(gòu)件的結(jié)構(gòu)屈曲荷載提升設(shè)計[J]. Anders Clausen,Niels Aage,Ole Sigmund.  Engineering. 2016(02)
[2]Design for structural flexibility using connected morphable components based topology optimization[J]. DENG Jia Dong,CHEN Wei.  Science China（Technological Sciences）. 2016(06)
[3]增材制造（3D打�。┘夹g(shù)發(fā)展[J]. 盧秉恒,李滌塵.  機械制造與自動化. 2013(04)
[4]Novel implementation of homogenization method to predict effective properties of periodic materials[J]. Geng-Dong Cheng,Yuan-Wu Cai,Liang Xu.  Acta Mechanica Sinica. 2013(04)
[5]周期性吸聲多孔材料微結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J]. 陳文炯,劉書田.  計算力學(xué)學(xué)報. 2013(01)
[6]結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計綜述[J]. 郭中澤,張衛(wèi)紅,陳裕澤.  機械設(shè)計. 2007(08)
[7]結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化ICM方法的改善[J]. 隋允康,彭細(xì)榮.  力學(xué)學(xué)報. 2005(02)
[8]結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化研究方法綜述[J]. 周克民,李俊峰,李霞.  力學(xué)進(jìn)展. 2005(01)



本文編號：3009935