機械振動與噪聲在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活當中廣泛存在,減弱有害振動與噪聲的傳播是工程領(lǐng)域中亟待解決的重要課題。蘭姆波型聲學方面的材料可以產(chǎn)生彈性波禁帶,具有良好的聲吸收、聲整流等特性,這些性質(zhì)引起了國內(nèi)外科研人員的廣泛興趣。聲子晶體板是一種具有彈性波禁帶的周期性結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,基于其所具有的帶隙特性,人工設(shè)計特定頻率的聲學帶隙在抑制有害振動與噪聲方面具有潛在的工程實際應(yīng)用價值。因此,對聲子晶體板進行帶隙優(yōu)化,設(shè)計出更低頻帶隙,增大帶隙的頻率范圍是研究聲子晶體板的帶隙的一個重要內(nèi)容。本文在聲子晶體板的現(xiàn)有基本理論以及研究方法的基礎(chǔ)上,以一維聲子晶體板為研究對象,研究一維聲子晶體板的禁帶特性,運用有限元法得到聲子晶體板的蘭姆波能帶結(jié)構(gòu),并利用遺傳算法對聲子晶體板進行帶隙優(yōu)化,對拓撲優(yōu)化得到新的原胞的拓撲構(gòu)型的特點及帶隙特性進行分析。主要研究內(nèi)容如下:（1）建立一維固-固聲子晶體板模型。運用有限元法和平面波展開法兩種方法計算能帶結(jié)構(gòu)并進行對比。研究三種不同材料組合的一維聲子晶體板,對能帶結(jié)構(gòu)及帶隙邊界的模態(tài)進行分析,研究材料參數(shù)對一維聲子晶體板帶隙的影響。（2）建立一維鎢-鋁聲子晶體板模型。研... 

【文章來源】：湖南大學湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

三種維度聲子晶體示意圖

晶體薄板類結(jié)構(gòu)中的傳播，并從理論的角度上嚴格推導(dǎo)出了這個結(jié)構(gòu)中存在著低階的蘭姆波禁帶[24]。他們發(fā)現(xiàn)蘭姆波的帶隙結(jié)構(gòu)和體波的帶隙結(jié)構(gòu)存在相當大的區(qū)別，并提出了一個影響蘭姆波的帶隙結(jié)構(gòu)的重要參數(shù)，即晶格常數(shù)與薄板的厚度之比。這一重要研究成果促使蘭姆波在聲子晶體的薄板類結(jié)構(gòu)中的傳播吸引到更多科研學者的眼球。2007 年，Hou 等人首次利用超晶格平面波展開法對聲子晶體板中蘭姆波的帶隙結(jié)構(gòu)圖[25]進行了計算，如圖 1.3 所示。其根本思想是利用堆疊的二維聲了晶體板的最小單元與真空層形成一個三維聲子晶體板的超原胞。由此，就能夠在聲子晶體板的有限厚度的方向施加周期性邊界條件但不必施加自由邊界條件。與考慮自由邊界的情況相比，這種超原胞法的優(yōu)勢在于讓數(shù)值計算變得更加快捷方便。通過這種方法，他們在研究一維層狀結(jié)構(gòu)中蘭姆波帶隙的產(chǎn)生機理和聲子晶體板結(jié)構(gòu)的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)蘭姆波的對稱模式與反對稱模式在對稱聲子晶體板中相互獨立，通過使用一種特殊的方法可以實現(xiàn)分離兩種模式的目的。而對于非對稱的聲子晶體板而言，由于存在著對稱蘭姆波模式與反對稱蘭姆波模式之間的相互耦合，從而打開形成新的帶隙。

在眾多科研人員的共同努力之下，研究出了各種類型的聲子晶用來控制聲波在固體、液體以及氣體中的傳播。彈性波通過聲子晶體的時，處于帶隙頻率范圍以內(nèi)的彈性波在介質(zhì)中的傳播會被抑制。聲子晶的這一特性可以應(yīng)用于汽車或其它工業(yè)設(shè)備的減振降噪，尤其是在低頻有著巨大的潛在應(yīng)用價值。眾所周知，電二極管的產(chǎn)生對促進社會現(xiàn)代化發(fā)展發(fā)揮了重大作用，如用聲子晶體設(shè)計出一種類似于電二極管的聲學整流器件，將會給整個世所未有的改變，其應(yīng)用價值不言而喻。2010 年，Liang 等人利用醫(yī)學的微氣泡所形成的非線性材料，同時可以使用水與玻璃互相疊加而形成晶體，第一次制備出了聲二極管的實驗系統(tǒng)[36]，實驗示意圖如圖 1.4 波從裝置的左端入射時，由于聲波頻率位于聲子晶體禁帶頻率范圍以內(nèi)被完全反射而無法通過實驗裝置的聲子晶體的結(jié)構(gòu)；當聲波從裝置的，會產(chǎn)生一種倍頻效應(yīng)，頻率發(fā)生改變，使頻率不在聲子晶體禁帶范圍聲波能夠順利地通過聲子晶體的結(jié)構(gòu)，這樣產(chǎn)生了聲波的單向?qū)ㄐ?yīng)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]一維準周期聲子晶體板中蘭姆波的禁帶特性分析[J]. 陳阿麗,郭鳳丹,汪越勝.  功能材料. 2015(19)
[2]最優(yōu)二維固/固聲子晶體帶隙特性研究[J]. 劉宗發(fā),吳斌,何存富.  固體力學學報. 2015(04)
[3]仿真軟件在超材料研究中的最新應(yīng)用[J]. 閆俊伢.  電子元件與材料. 2014(09)
[4]汽車傳動系相關(guān)NVH問題的動力學研究論述[J]. 吳光強,欒文博.  機械工程學報. 2013(24)
[5]用于主動減振的振動信號實時高精度檢測[J]. 李嘉全,程志峰.  電子測量與儀器學報. 2013(12)
[6]聲子晶體梁在燃料電池車副車架減振中的應(yīng)用研究[J]. 左曙光,譚欽文,孫慶,文岐華,馬琮淦.  振動與沖擊. 2013(18)
[7]聲子晶體在車身頂棚減振中的應(yīng)用研究[J]. 左曙光,魏歡,何宇漾,文歧華.  材料導(dǎo)報. 2011(24)
[8]一維聲子晶體在防止低頻噪聲中的應(yīng)用[J]. 徐超,胡麗芬,董興成,劉應(yīng)開.  壓電與聲光. 2010(05)
[9]聲子晶體結(jié)構(gòu)在汽車制動降噪中的理論研究及應(yīng)用[J]. 沈禮,吳九匯,陳花玲.  應(yīng)用力學學報. 2010(02)
[10]遺傳算法在二維聲子晶體帶隙優(yōu)化中的應(yīng)用[J]. 鐘會林,吳福根,姚立寧.  物理學報. 2006(01)

博士論文
[1]聲子晶體板的帶隙調(diào)控及減振性能的研究[D]. 張洪波.湖南大學 2016
[2]聲子晶體諧振器及其聲能采集器研究[D]. 楊愛超.重慶大學 2015
[3]聲子晶體局域共振帶隙機理及減振特性研究[D]. 王剛.國防科學技術(shù)大學 2005

碩士論文
[1]聲子晶體減振性能研究與優(yōu)化設(shè)計[D]. 黃佳.大連理工大學 2014



本文編號：3297750