在基體材料中引入亞波長或深亞波長分布的共振子列陣,能顯著地改變材料的動態(tài)響應(yīng)性能,使材料具備亞波長衍射分辨率和其他一些自然材料所不具備的物理特性,比如負(fù)質(zhì)量密度、負(fù)模量和負(fù)泊松比等。這種能突破自然表觀規(guī)律的人工材料統(tǒng)稱為超材料。聲學(xué)(或彈性)超材料可突破質(zhì)量定律,因此能打開低頻禁帶而不會帶來巨大的附加質(zhì)量和體積,進(jìn)而在低頻減振、降噪和地震防災(zāi)等方面具有極其重要的應(yīng)用價值。但是另一方面,聲學(xué)超材料打開的禁帶一般都比較窄,因此拓寬禁帶或擴(kuò)大其工作范圍是目前對超材料研究的焦點(diǎn)之一。可調(diào)控的聲學(xué)超材料能主動地改變禁帶范圍,進(jìn)而擴(kuò)大工作范圍或靈活地應(yīng)對環(huán)境的變化。本文從聲學(xué)超材料梁和膜主動調(diào)控的角度切入,考察多種調(diào)控手段(包括預(yù)應(yīng)力、受電路調(diào)控的壓電彈簧、壓電分流技術(shù)、大變形和非線性等)對能帶結(jié)構(gòu)的范圍、屬性和其他波動特性的影響,從而為主動調(diào)控型聲學(xué)超材料的設(shè)計(jì)和性能預(yù)估提供理論指導(dǎo)。本文首先利用壓電彈簧和軸向預(yù)應(yīng)力來調(diào)控聲學(xué)超材料梁中彎曲波的能帶結(jié)構(gòu)。通過對解析解的討論和數(shù)值算例考察了軸向預(yù)應(yīng)力和電路調(diào)控對禁帶頻率范圍和禁帶機(jī)制的影響。該智能超材料梁能產(chǎn)生由兩個相鄰禁帶組成的寬頻準(zhǔn)禁帶,并且得...

【文章頁數(shù)】：159 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 引言
    1.2 聲學(xué)超材料的研宄現(xiàn)狀
        1.2.1 禁帶的產(chǎn)生機(jī)理
        1.2.2 聲學(xué)超材料的研究評述
        1.2.3 非線性聲學(xué)超材料
        1.2.4 聲學(xué)超材料的應(yīng)用前景
    1.3 聲學(xué)超材料的調(diào)控研究
    1.4 存在的問題
    1.5 本文的工作
    參考文獻(xiàn)
第2章 預(yù)應(yīng)力智能超材料梁中彎曲波的主動調(diào)控
    2.1 引言
    2.2 一維智能預(yù)應(yīng)力聲學(xué)超材料梁的頻散關(guān)系
        2.2.1 幾何結(jié)構(gòu)
        2.2.2 智能共振單元的數(shù)學(xué)模型
        2.2.3 傳遞矩陣法
        2.2.4 譜元法
    2.3 數(shù)值計(jì)算
    2.4 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第3章 含壓電分流電路的超材料梁能帶結(jié)構(gòu)及其調(diào)控
    3.1 引言
    3.2 組合懸臂梁的基本方程
        3.2.1 壓電分流技術(shù)力量公式
        3.2.2 組合懸臂梁的動態(tài)剛度
    3.3 基體中波的傳播
        3.3.1 頻散關(guān)系
        3.3.2 有限結(jié)構(gòu)的衰減特性
    3.4 數(shù)值計(jì)算
        3.4.1 組合懸臂梁模型的精度
        3.4.2 負(fù)電容分流電路對能帶結(jié)構(gòu)的調(diào)控
        3.4.3 負(fù)電容分流電路對系統(tǒng)傳輸譜的調(diào)控
    3.5 小結(jié)
    參考文獻(xiàn)
第4章 軟超材料薄膜中橫波的傳播及其主動調(diào)控
    4.1 引言
    4.2 主動可調(diào)的軟MAM模型
    4.3 橫波的傳播
        4.3.1 控制方程與平面板展開法
        4.3.2 頻散關(guān)系ω(k)
        4.3.3 復(fù)頻散關(guān)系k(ω)
    4.4 數(shù)值計(jì)算
        4.4.1 材料模型
        4.4.2 等向預(yù)拉伸的影響(λ₁=λ₂)
        4.4.3 非等向預(yù)拉伸的影響(λ₁≠λ₂)
    4.5 小結(jié)
    附錄4A: 密度異質(zhì)模型的精度考察
    參考文獻(xiàn)
第5章 非線性聲學(xué)超材料中瞬態(tài)波的時-空譜分析
    5.1 引言
    5.2 非線性超材料的頻散關(guān)系
    5.3 瞬態(tài)波包的時-空譜分析
        5.3.1 波包的空間分布特征
        5.3.2 波包的空間特性
        5.3.3 波包的時-空特性
    5.4 方向偏置(direction-biased)導(dǎo)波器件
    5.5 小結(jié)
    附錄5A: 數(shù)值計(jì)算頻散曲線的流程圖
    附錄5B: 利用多尺度法求解一維非線性超材料中的孤立波
    參考文獻(xiàn)
第6章 結(jié)論與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 展望
作者簡介
作者攻讀博士學(xué)位期間完成的學(xué)術(shù)論文



本文編號：3864200