本文關(guān)鍵詞：一維固液聲子晶體的禁帶特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：聲子晶體是具有彈性波帶隙特性的新型復(fù)合材料。當彈性波在聲子晶體中傳播時,某些頻率范圍內(nèi)的彈性波會被抑制,形成聲子帶隙。聲子晶體的帶隙特性能實現(xiàn)對彈性波的有效控制,在抑制聲場輻射、減弱聲場耦合、設(shè)計聲濾波器以及制備聲學(xué)功能器件方面具有廣闊的應(yīng)用前景。將聲子晶體帶隙特性引用到復(fù)雜板殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計中,既滿足了板類結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中的眾多需求,又解決了板類結(jié)構(gòu)的聲振動和聲場輻射問題,成為了近年來工程領(lǐng)域新的研究熱點。隨著新型復(fù)合功能材料的大量出現(xiàn),某些固體材料僅能傳遞縱波,被認為是廣義的液體介質(zhì),如聚乙烯、石英等,與固體浸入液體中的固液聲子晶體相比,這一類“固液”介質(zhì)聲子晶體通常狀態(tài)下均為固體,并能脫離液體環(huán)境介質(zhì)。另外,自然界中許多天然石材,如花崗巖、大理石等都具有較強的硬度,還有一定的裝飾作用;同時,聚合物、合金等新型人工復(fù)合材料加工測試技術(shù)日趨成熟。因而用天然石材、橡膠、合金和聚乙烯、石英構(gòu)成的固液聲子晶體所獲得的彈性波帶隙具有更強的可設(shè)計性。因此,本論文以花崗巖、聚乙烯、鋼、硅橡膠、石英等天然石材和有機聚合物構(gòu)建一維固液聲子晶體,從聲子晶體的結(jié)構(gòu)和材料兩個方面,分析它們對能帶結(jié)構(gòu)的影響。首先,利用傳遞矩陣法計算了一維固液聲子晶體的透射特性。從透射譜的禁帶、帶邊模、透射峰等參量的變化,分析了模型的材料、有序性、入射角度等條件對透射性的影響。研究發(fā)現(xiàn):合成材料的聲阻抗相差較大時,周期和準周期結(jié)構(gòu)聲子晶體均有禁帶出現(xiàn),并伴隨帶邊諧振,但隨著短程有序性的降低,準周期結(jié)構(gòu)的禁帶寬于周期結(jié)構(gòu),帶邊諧振增強,在禁帶中出現(xiàn)了透射峰;合成材料的聲阻抗接近時,沒有明顯的禁帶產(chǎn)生;隨著彈性波入射角度的增大,透射譜向高頻移動,當入射角度大于臨界角時,發(fā)生共振遂穿,在透射譜中出現(xiàn)透射峰。其次,利用有限元多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics計算了一維固液聲子晶體薄板的能帶結(jié)構(gòu)。從薄板的長寬比、結(jié)構(gòu)的有序性和缺陷態(tài)的引入,這三個方面分析了它們對色散曲線的影響。結(jié)果表明:一維固液周期結(jié)構(gòu)聲子晶體薄板,隨著周期方向上尺寸的增加,禁帶變寬且向低頻移動;非周期方向上隨著尺寸的增加,禁帶沒有明顯變化;隨著超原胞結(jié)構(gòu)有序性的降低,禁帶變寬且向低頻移動,同時在低頻區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)了明顯的禁帶。最后,利用有限元軟件COMSOL Multiphysics計算了一維固液聲子晶體薄板的傳聲損失。結(jié)合之前的透射譜和能帶結(jié)構(gòu)比較了它們與傳聲損失的異同,發(fā)現(xiàn)傳遞矩陣法和有限元法在分析一維固液周期結(jié)構(gòu)聲子晶體薄板禁帶特性后,所得出的結(jié)論相吻合。隨后,以花崗巖和聚乙烯構(gòu)成的一維固液聲子晶體薄板為模型,分析了模型結(jié)構(gòu)的有序性對傳聲損失的影響。發(fā)現(xiàn)薄板模型的傳聲損失隨著結(jié)構(gòu)有序性的降低,聲損失區(qū)間變窄,聲損失變小,但損失區(qū)間個數(shù)增多且向低頻移動;其次,通過等效替換引入鋼、樹脂、石英等缺陷來研究對傳聲損失的影響,發(fā)現(xiàn)缺陷的引入改變了模型基體和散射體的阻抗比和等效彈性常數(shù),從而改變了模型周期性和聲波的耦合情況。
【關(guān)鍵詞】：彈性波 聲子晶體 帶隙 復(fù)合材料 有限元法
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O735
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 聲子晶體研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 聲子晶體的基礎(chǔ)知識14-17
• 1.3.1 聲子晶體的概念和分類14-15
• 1.3.2 聲子晶體中波傳播特性表征方法15-16
• 1.3.3 聲子晶體帶隙的機理及特性16-17
• 1.4 聲子晶體的研究方法17-18
• 1.5 聲子晶體的降噪機理18-19
• 1.6 聲子晶體的應(yīng)用19-20
• 1.7 研究目的和內(nèi)容20-21
• 1.7.1 研究目的20
• 1.7.2 研究內(nèi)容20-21
• 2 聲子晶體的理論基礎(chǔ)21-33
• 2.1 引言21
• 2.2 彈性動力學(xué)基礎(chǔ)21-26
• 2.2.1 應(yīng)力與應(yīng)變21-24
• 2.2.2 彈性動力學(xué)基本方程24-25
• 2.2.3 彈性波25-26
• 2.3 晶格與能帶理論26-30
• 2.3.1 晶格26-29
• 2.3.2 Bloch定律29-30
• 2.3.3 能帶結(jié)構(gòu)30
• 2.4 聲子晶體的理論模型30-33
• 3 一維固液聲子晶體的透射特性33-42
• 3.1 引言33
• 3.2 一維固液聲子晶體模型及透射系數(shù)計算33-35
• 3.3 計算與討論35-40
• 3.3.1 周期與準周期結(jié)構(gòu)聲子晶體透射特性35-36
• 3.3.2 不同材料構(gòu)成的準周期聲子晶體透射特性36-38
• 3.3.3 彈性波以不同角度入射周期和準周期聲子晶體透射特性38-39
• 3.3.4 缺陷對周期和準周期聲子晶體透射特性的影響39-40
• 3.4 小結(jié)40-42
• 4 一維固液聲子晶體的能帶結(jié)構(gòu)42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 一維固液聲子晶體薄板模型及能帶計算42-44
• 4.3 計算結(jié)果與討論44-53
• 4.3.1 一維固液聲子晶體薄板長寬比對色散曲線的影響44-46
• 4.3.2 一維固液聲子晶體薄板結(jié)構(gòu)有序性對色散曲線的影響46-51
• 4.3.3 缺陷對一維固液聲子晶體薄板色散曲線的影響51-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 5 一維固液聲子晶體薄板的傳聲損失54-61
• 5.1 引言54
• 5.2 一維固液聲子晶體薄板模型及傳聲損失計算54-55
• 5.3 計算結(jié)果與討論55-60
• 5.3.1 結(jié)構(gòu)有序性對一維固液聲子晶體薄板傳聲損失的影響56-58
• 5.3.2 缺陷對一維固液Fibonacci類準周期聲子晶體薄板傳聲損失的影響58-60
• 5.4 小結(jié)60-61
• 6 結(jié)論與展望61-63
• 6.1 結(jié)論61-62
• 6.2 展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-69
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果69

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