【摘要】：聲子晶體(Sonic Crystal,SCs)具有豐富的色散關(guān)系,可以人為地設(shè)計(jì)帶結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)聲波的獨(dú)特傳播,廣受人們關(guān)注。隨著研究的發(fā)展,具有單一功能的聲學(xué)器件逐漸不再滿足人們的需求,為了滿足聲學(xué)集成的需要,人們開(kāi)始研究聲子晶體和其它聲學(xué)器件的復(fù)合,以及它們結(jié)合所產(chǎn)生的新現(xiàn)象和特性。而本文主要關(guān)注點(diǎn)之一就是聲學(xué)柵與聲子晶體的復(fù)合系統(tǒng)。同時(shí)聲學(xué)表面結(jié)構(gòu)是文章涉及的另一種研究對(duì)象,這類的研究始于結(jié)構(gòu)表面波(designer surface waves)的實(shí)現(xiàn)。在研究過(guò)程中反常透射、反常反射和反常折射都被人們證實(shí),并且展現(xiàn)了一些其它獨(dú)特的性質(zhì)和優(yōu)點(diǎn),逐漸地成為了聲學(xué)研究的新熱點(diǎn)。通過(guò)求解彈性波方程和利用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,本文主要關(guān)注了聲學(xué)柵與聲子晶體的復(fù)合系統(tǒng)某些功能器件的設(shè)計(jì)和聲學(xué)表面結(jié)構(gòu)電磁學(xué)現(xiàn)象的聲學(xué)類似。具體來(lái)說(shuō),本文的工作主要涉及以下幾個(gè)方面:首先在第二章中,基于聲學(xué)柵修飾的二維聲子晶體,我們分別分析了完美聲子晶體的相空間、對(duì)稱復(fù)合系統(tǒng)的相空間、非對(duì)稱系統(tǒng)的相空間。計(jì)算結(jié)果表明,通過(guò)引入不同附加的聲學(xué)柵結(jié)構(gòu),我們?cè)诰w界面能獲得不同橫向的波矢增量。更具體來(lái)說(shuō),引入適當(dāng)?shù)膶?duì)稱聲學(xué)柵,可以很好地改善完美晶體禁帶的能量通透性;引入非對(duì)稱柵結(jié)構(gòu),我們獲得了一種較為新穎的分束裝置。隨后在第三章中,進(jìn)一步研究了這個(gè)復(fù)合系統(tǒng),進(jìn)行一些功能設(shè)計(jì):第一,通過(guò)不對(duì)稱聲學(xué)柵打破晶體兩側(cè)的空間對(duì)稱性,合理的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了聲波的不對(duì)稱傳播設(shè)計(jì);第二,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)較為高效地傳播聲波向表面波的轉(zhuǎn)換裝置;第三,通過(guò)附加聲學(xué)柵結(jié)構(gòu)改善了整個(gè)系統(tǒng)的色散關(guān)系,在高對(duì)稱點(diǎn)周圍,獲得等效微量負(fù)折射形成的高品質(zhì)定向自準(zhǔn)直束。最后在第四章,利用在剛性固體板表面刻上周期的亞波長(zhǎng)凹槽,獲得了結(jié)構(gòu)表面波。引入一個(gè)小的梯度,分別計(jì)算了它們的色散關(guān)系:它們?nèi)刻幱谒�以下,表明了其非泄露的特性,并且隨著凹槽深度的增加,表面波越來(lái)越偏離基體線,越來(lái)越局域在固體板表面;同時(shí)隨著凹槽深度的增加,它對(duì)應(yīng)的截止頻率逐漸減小。由此,我們?cè)O(shè)計(jì)引入一個(gè)凹槽深度線性增加的結(jié)構(gòu),結(jié)果顯示在垂直固體板表面方向,聲波越來(lái)越貼近固體板;在沿表面方向,聲波傳播距離越來(lái)越短。最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)類“電感”器件。
[Abstract]:Phonon crystals (Sonic Crystal,SCs) are widely concerned because of their rich dispersion relationships and the artificial design of band structures to achieve the unique propagation of sound waves. With the development of research, acoustic devices with a single function gradually no longer meet the needs of people. In order to meet the needs of acoustic integration, people began to study the combination of phonon crystals and other acoustic devices. And the new phenomena and characteristics produced by their combination. One of the main concerns in this paper is the composite system of acoustic grating and phonon crystal. At the same time, acoustic surface structure is another kind of research object, which begins with the realization of structural surface wave (designer surface waves). Anomalous transmission, anomalous reflection and anomalous refraction have been confirmed in the course of the study, and have shown some other unique properties and advantages, which have gradually become a new hot spot in acoustic research. By solving the elastic wave equation and using the finite element software for numerical simulation, this paper focuses on the design of some functional devices of the composite system of acoustic gate and phonon crystal, which is similar to the acoustical surface structure electromagnetic phenomenon. In the second chapter, we analyze the phase space of perfect phonon crystal and the phase space of symmetric composite system based on the two dimensional phonon crystal modified by acoustic grating. The phase space of an asymmetric system. The calculation results show that we can obtain different transverse wave vector increments at the crystal interface by introducing different additional acoustic gate structures. More specifically, the energy permeability of the perfect crystal band gap can be improved by introducing a proper symmetrical acoustic gate, and a novel beam splitting device is obtained by introducing the asymmetric gate structure. Then in the third chapter, the composite system is further studied and some functions are designed. Firstly, the asymmetric acoustic grating is used to break the spatial symmetry on both sides of the crystal, and its structure is reasonably designed to realize the design of asymmetric propagation of sound wave. Secondly, a conversion device for transmitting acoustic wave to surface wave is realized. Thirdly, the dispersion relation of the whole system is improved by adding the acoustic grating structure, which is around the high symmetry point. A high quality self-collimating beam with equivalent trace negative refraction was obtained. Finally, in chapter 4, the structural surface waves are obtained by using the periodic subwavelength grooves etched on the surface of rigid solid plates. A small gradient is introduced to calculate their dispersion relations: all of them are below the pipeline, indicating their non-leakage properties, and the surface wave deviates from the matrix line with the increase of the groove depth. At the same time, the cutoff frequency decreases with the increase of groove depth. As a result, we design and introduce a structure with a linear increase in groove depth. The results show that the sound wave is closer to the solid plate in the vertical direction of the surface, and the propagation distance of the sound wave is getting shorter and shorter in the direction of the surface. Finally, a kind of inductor device is designed and implemented.
【學(xué)位授予單位】：吉首大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O735

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本文編號(hào)：2253015