機(jī)械振動(dòng)與噪聲在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活當(dāng)中廣泛存在,減弱有害振動(dòng)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(xué)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(jì)特定頻率的聲學(xué)帶隙在抑制有害振動(dòng)與噪聲方面具有潛在的工程實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此,對(duì)聲子晶體板進(jìn)行帶隙優(yōu)化,設(shè)計(jì)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(gè)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(duì)象,研究一維聲子晶體板的禁帶特性,運(yùn)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(duì)聲子晶體板進(jìn)行帶隙優(yōu)化,對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化得到新的原胞的拓?fù)錁?gòu)型的特點(diǎn)及帶隙特性進(jìn)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(yùn)用有限元法和平面波展開法兩種方法計(jì)算能帶結(jié)構(gòu)并進(jìn)行對(duì)比。研究三種不同材料組合的一維聲子晶體板,對(duì)能帶結(jié)構(gòu)及帶隙邊界的模態(tài)進(jìn)行分析,研究材料參數(shù)對(duì)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(xué)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(xué)位級(jí)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(yán)格推導(dǎo)出了這個(gè)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(dāng)大的區(qū)別，并提出了一個(gè)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(xué)者的眼球。2007 年，Hou 等人首次利用超晶格平面波展開法對(duì)聲子晶體板中蘭姆波的帶隙結(jié)構(gòu)圖[25]進(jìn)行了計(jì)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(gè)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(jì)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(jī)理和聲子晶體板結(jié)構(gòu)的關(guān)系時(shí)，發(fā)現(xiàn)蘭姆波的對(duì)稱模式與反對(duì)稱模式在對(duì)稱聲子晶體板中相互獨(dú)立，通過使用一種特殊的方法可以實(shí)現(xiàn)分離兩種模式的目的。而對(duì)于非對(duì)稱的聲子晶體板而言，由于存在著對(duì)稱蘭姆波模式與反對(duì)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(shí)，處于帶隙頻率范圍以內(nèi)的彈性波在介質(zhì)中的傳播會(huì)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(jià)值。眾所周知，電二極管的產(chǎn)生對(duì)促進(jìn)社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展發(fā)揮了重大作用，如用聲子晶體設(shè)計(jì)出一種類似于電二極管的聲學(xué)整流器件，將會(huì)給整個(gè)世所未有的改變，其應(yīng)用價(jià)值不言而喻。2010 年，Liang 等人利用醫(yī)學(xué)的微氣泡所形成的非線性材料，同時(shí)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[36]，實(shí)驗(yàn)示意圖如圖 1.4 波從裝置的左端入射時(shí)，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(shí)驗(yàn)裝置的聲子晶體的結(jié)構(gòu)；當(dāng)聲波從裝置的，會(huì)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(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[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(xué) 2015
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碩士論文
[1]聲子晶體減振性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 黃佳.大連理工大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3297750