一维准周期结构声子晶体带隙特性的研究

提出一种层厚递变式一维准周期结构声子晶体模型,数值计算了弹性波通过该一维准周期结构声子晶体的透射系数,并与周期结构声子晶体的透射系数进行了比较.计算发现,利用准周期排列的特殊结构可以有效地调节声子晶体的带隙宽度和所在的频率范围.     

梁板型声子晶体带隙特性及列车减振性能研究

基于局域共振型声子晶体的物理特性,在车体夹层板的基础上设计出由基体板、橡胶和散射体组合而成的贴附型/填充型梁板声子晶体。通过数值仿真方法从带隙特性、振动传递特性以及模态振型等方面阐述减振机理,进一步探究结构/材料参数对带隙特性的影响。研究结果表明：贴附型局域共振声子晶体由于上下面板与橡胶及铅块共振单元的耦合共振,可产生中低频弯曲带隙(77～172 Hz);填充型局域共振声子晶体内橡胶层包裹的铅柱共振单元以不同相位实现面内振动的动态平衡,可产生中低频面内带隙(117～172 Hz);有限阵列结构对实车关键部位的振动具备较为理想的衰减作用。调整声子晶体结构参数可使其带隙中心频率与目标减振频率范围一致,有助于实现车体多部位减振优化,进而验证其在车体中低频减振降噪应用中的可行性。     

近周期声子晶体开孔结构的大辐射面夹心式纵振换能器的优化研究

大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器中径向振动的存在不仅会导致换能器纵向辐射声功率的降低,还会缩短换能器的使用寿命,严重影响其性能和可靠性.为了减少大尺寸换能器中纵、径振动之间的强烈耦合,保证较高的纵向工作效率和可靠性,克服工作带宽较窄、振幅分布均匀度较差、位移振幅较小的缺陷,本文基于多点变形缺陷近周期声子晶体结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行了优化.利用仿真软件对优化后的换能器的性能指标进行了模拟分析,并进行了实验验证.结果表明,基于多点变形缺陷近周期声子晶体结构的大尺寸压电陶瓷换能器的纵向振动模态更加单一,可以有效提高大尺寸换能器辐射面的位移振幅和振幅分布均匀度,拓宽工作带宽.     

声子晶体在空腔板件振动控制中的应用研究

建立了局域共振声子晶体板状结构,在266.1~528.8 Hz频率范围内获得了最大幅值为35 dB的减振特性。对不同布置形式的声子晶体板进行了仿真和试验分析,二者结论基本一致。构建了局域共振声子晶体结构空腔,并结合有限元方法对空腔结构进行模态分析、带隙机理和共振带隙特性分析。得出声子晶体单元的不同布置位置和形式对声子晶体结构空腔的振动固有频率的影响。     

超声液位检测中回波能量透射系数的计算

利用传输矩阵方法,推导了多层介质超声液位检测中回波能量透射系数的表达式.得出了在被检测结构一定的条件下,大的回波能量透射系数对应有一最佳检测频率.由此表明,选择合适的声发射换能器,有助于提高液位检测回波信号的强度.     

等截面一维声子晶体角梁结构振动特性

为了进一步探索声子晶体结构独特的振动带隙特性,挖掘其潜在的工程应用价值,基于回传射线矩阵计算法,对等截面一维声子晶体角梁结构对于轴向波的振动特性进行研究.完成了结构模型建立、坐标变换、描述单元相位关系及节点散射关系,得出传播矩阵,并且与有限元法计算结果进行对比,证明其理论分析以及数值计算的正确性.研究结果表明,回传射线矩阵法应用于声子晶体振动特性计算的可靠性强.通过相应的频率响应函数曲线之间的差异,可得各参数对声子晶体角梁振动特性的影响及相应规律,为工程减震相关研究提供参考.     

点缺陷正方晶格声子晶体的大尺寸压电陶瓷复合换能器

为了保证大尺寸夹心式压电陶瓷复合换能器的纵向工作效率,减少纵、横振动之间的强烈耦合,改善换能器前辐射端面的纵向位移分布均匀度,本文在大尺寸夹心式压电陶瓷复合换能器的前盖板上,加工了3行3列与换能器轴向平行的按正方晶格排列的二维空气圆柱孔,并通过改变3×3超元胞中心空气圆柱孔的半径来引入点缺陷,构造基于半径异常型点缺陷的二维正方晶格近周期声子晶体.该设计不仅可以利用晶体在径向的不完全带隙对大尺寸压电陶瓷复合换能器的横向振动进行抑制;还可以利用点缺陷的Anderson局域化特性,调控局域声场的强度和相位,进一步改善前盖板辐射面的位移分布均匀度;另外,本文分析了点缺陷空气圆柱孔的结构参数对换能器纵向共振频率以及纵向振动位移分布的影响规律.仿真结果表明,基于点缺陷声子晶体的大尺寸压电陶瓷复合换能器能够有效抑制换能器轴向的杂散模态、大幅优化辐射面纵向位移分布,改善大尺寸压电陶瓷复合换能器的性能.     

嵌套型开缝圆管声子晶体的带隙影响因素研究

针对开缝管声子晶体结构的带隙起始频率较高和带隙不易调节的问题,基于亥姆霍兹共鸣效应,提出了一种嵌套型开缝圆管声子晶体结构,为了研究该结构的带隙影响因素,根据Bloch定理和Helmholtz方程,利用有限元法对该结构的禁带和透射系数进行了数值计算并搭建实验台进行了实验验证,获得了在晶格常数不变情况下该结构的带隙影响因素和禁带调节方法。研究结果表明,嵌套型开缝圆管结构具有低频禁带特点,能够在500Hz左右得到宽禁带。在晶格常数恒定的条件下,内管缝向和位置参数对结构的低频禁带具有有效的调节作用,能够将低频禁带起始频率降低到250Hz,其原理为产生并增强亥姆霍兹共鸣效应,因此这种禁带调节方法在声子晶体制备后仍然能够实现多频段、宽频带的带隙调节。同时,玻璃棉能够有效地增强嵌套型开缝管声子晶体结构的吸声性能,并对拓宽禁带有积极的效果。该研究成果为开缝管声子晶体的禁带调节提供了理论依据和有效方法,在低频噪声控制方面具有潜在的应用前景。     

一维三组元准周期结构声子晶体的透射性质

构造了一维三组元类Fibonacci、广义Fibonacci准周期结构声子晶体模型,研究弹性波在其中的传播和局域行为.对弹性波通过一维三组元复合结构声子晶体的透射系数进行数值计算,并与一维二组元复合结构声子晶体的透射系数作比较.结果表明:一维三组元准周期结构声子晶体可以获得比二组元复合结构声子晶体更宽的带隙,而且在带隙内有丰富的局域模式存在;三组元广义Fibonacci准周期结构声子晶体可用于弹性波/声波滤波器件的制作材料.     

基于颗粒阻尼的超结构在管状带式输送机中的应用

为了减少管状带式输送机启机后产生的振动所带来的不利影响,现设计一种颗粒阻尼型声子晶体板。通过有限元法对声子晶体带隙成因进行研究,并对颗粒阻尼型声子晶体板进行建模。利用COMSOL得到颗粒阻尼型声子晶体的能带与传递损失图形,并对非颗粒阻尼型声子晶体与颗粒阻尼型声子晶体进行传递损失分析。实验结果表明,颗粒型声子晶体减振效果达到70.43%,相比非颗粒型声子晶体增加37.42%。研究结果为颗粒阻尼型声子晶体在管带机上的减振应用提供理论支撑。     

一种双局域共振型压电声子晶体梁的带隙与振动衰减特性

通过在环氧树脂梁上周期性黏贴压电层,并连接含有两个分支的谐振分流电路,构建了含压电分流电路的声子晶体梁结构。使用传递矩阵法(TM)计算压电声子晶体梁的带隙特性,发现这种压电声子晶体梁结构可产生两个局域共振带隙,并且这两个局域共振带隙都可以通过改变电路参数来调节位置和带宽等,这就可以很方便的对两个频段的弹性波的传播进行控制。采用有限元仿真分析计算压电声子晶体梁的振动传输特性,仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果为压电智能型声子晶体的波传播控制提供了一种新的手段。     

转移矩阵方法与一维声子晶体的带结构

声子同物质（比如液体、气体或细长竿等）相互作用可以归结为声子在不同＂声阻抗＂场中运动。所谓声子晶体就是物质的声阻抗周期变化的晶体。当声子在这种介质中运动时,它的能量（频率）将分裂成带。利用转移矩阵方法分析了声阻抗呈阶跃型分布的一维声子晶体带结构,讨论了系统的稳定性、禁带宽度。结果表明,材料的禁带特征与它的参数有关,只需适当选择介质或适当调节介质参数就可以得到不同声学性质的声子晶体。     

声子振动对硒硫化钼/碲硒化钨异质双层电子结构影响的理论研究

文章以硒硫化钼/碲硒化钨异质双层结构为研究对象,采用基于密度泛函理论(density functional theory, DFT)的第一性原理计算方法,研究界面堆叠形式对体系电子结构的影响。结果表明：4种不同堆叠构型均表现出Ⅱ型能带对齐关系,但具有不同的层间带隙;计算能量最稳定的Te-Se构型的振动结构,发现平面和垂直声子模式的振动分布均表现出高度的空间局域特性;进一步研究频率为425、339、225、204 cm^-1的声子模式对Te-Se构型电子结构的影响,表明激发垂直声子振动能引起界面距离、层内带隙及跃迁偶极矩的显著变化,而且该变化与电子态和声子振动的空间局域性密切相关。研究结果深化了声子振动对过渡金属硫族化合物异质层电子结构影响的认识,为利用声子调控光催化性能提供了理论支撑。     

基于振动控制的一维声子晶体研究进展

一维声子晶体具有特殊的带隙特性和复合结构,在振动控制领域具有潜在应用价值．文章分析了一维声子晶体中的层状、杆状、管状结构的基本特征,归纳分析每种结构中材料参数周期性变化的三种规律,并对一维声子晶体在振动控制和抗震隔震两方面的研究成果进行了综述,针对一维声子晶体的实际应用研究提出应该注意的问题．     

声子晶体导线的振动带隙特性

为了解决超、特高压输电线路的舞动问题,提出了一种由导线、间隔棒、弹簧振子组成的声子晶体导线。基于导线的振动微分方程与Bloch理论,建立了计算声子晶体导线振动能带结构的传递矩阵法,进而通过计算发现声子晶体导线在舞动常发的频率范围内具有局域共振型带隙特性。为了验证该带隙特性,以四分裂导线为例,应用有限元法计算了有限周期声子晶体导线的振幅和频率响应特性。结果表明,在带隙的频率范围内导线振动响应具有明显衰减,为输电线路减振防舞提供一种新思路。     

二维声子晶体负折射成像效应及其分辨率对比

采用有限元分析方法,研究了声子晶体负折射现象与板厚度的关系.通过对比分析声子晶体单板成像系统和串联式声子晶体多板成像系统,结果发现多板系统的像点强度较强,但分辨率却高于单板系统.利用串联式声子晶体多板成像系统可以提高成像质量.     

电感电容匹配电路对超声换能器振动特性的影响

为使大功率超声设备高效而安全地工作,在超声发生器和超声换能器之间必须进行匹配电路的设计,由于超声换能器本身是一个共振系统,匹配电路将对超声换能器的振动特性产生影响。通过研究电感电容匹配电路及其对超声换能器共振频率的影响规律,结果表明：电感电容匹配后换能器的串联共振频率和并联共振频率都变小了。     

声学腔内声波隧穿效应的研究

从理论和实验两个方面研究了构建的声学谐振腔系统中的声学局域态和隧穿效应,该系统是由两个完全相同的一维声子晶体和一个可调控的间隔层构成.系统中的间隔层即为声学谐振腔层,它与量子系统中的电子双势垒结构具有相似性.在理论上,利用数学中的近似方法得到声波在声学谐振腔系统中声学局域态的本征频率和衰减因子的周期性变化行为以及声波随谐振腔层厚度变化的声学隧穿效应规律.在实验中,构建了连续可调的谐振腔声子晶体系统,通过改变此系统中腔层的厚度,在声波能谱中观测到一些分立的由高频向低频方向变化的透射点以及在不同腔层厚度所对应的禁带边缘透射峰之间区域中出现的一定周期性差异的透射峰行为,以上结果揭示了声波能量在能带中的周期性耦合过程和入射声波在系统中的隧穿动力学行为等特性.实验观测与理论计算结果完全一致.     

多振子局域共振声子晶体导线带隙特性研究

为防止导线舞动对线路安全稳定运行造成危害,将附有3个串联振子的间隔棒周期性地排列在导线上,形成声子晶体导线结构,通过产生带隙达到导线减振的目的.本文推导建立了计算声子晶体导线结构振动频散关系的传递矩阵法.基于某舞动试验线路,计算得到了振动频散关系和带隙范围,并对相应的有限周期声子晶体导线进行了振动传输特性分析以进行对比验证.结果显示,在0~0.9Hz范围,三振子串联声子晶体导线结构存在3条低频振动带隙,在带隙频率范围内导线的振动会出现较大衰减,因此可利用带隙有效抑制导线舞动.     

一维声子晶体应用探索

声子晶体的带隙特性、缺陷态特性和特殊的声学特性具有重要的理论价值和应用价值.文章对声子晶体的基本概念和特征进行简要概述,总结分析一维声子晶体在振动控制、噪声控制、抗振防震、声波控制四个应用探索方面的研究成果,为深入一维声子晶体的应用研究提供依据.