声子晶体中声子频率带隙与散射截面的关系

用平面波方法,研究了Pb圆柱体在环氧树脂基体中按周期性排列构成的声子晶体中弹性波频率带结构,同时计算了弹性波在这种二维周期性复合介质中的散射截面,阐述了声子频率带隙与散射截面的关系.     

密度对声子晶体带隙的影响

从弹性波动方程出发,利用平面波展开法计算二维（三维）声子晶体的带结构,研究散射体与基体的密度比对最低带隙的影响,得出了最低带隙宽度和带隙边界随密度比的变化规律.数值计算结果显示随着密度比的增加,带隙下边界的频率降低,而上边界的频率升高,从而增加带隙宽度,且带隙能级不变.     

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.     

散射体边界的凸起结构对声子晶体带隙的影响

为研究二维固/固型声子晶体散射体边界的凸起结构对带隙特性的影响,采用有限元建模方法,建立矩形和三角形2种凸起形状边界的正方形散射体模型,在固定填充率的情况下,分析了不同凸起结构(矩形和三角形)、凸起高度和凸起数目对声子晶体禁带出现位置及宽度的影响.此外,对无凸起结构正多边形散射体的带隙结构进行计算,并将此计算结果与有凸...     

二组元声子晶体综合带隙算法及带隙参数规律研究

在研究声子晶体能带结构的算法方面,分别使用平面波展开法和时域有限元法对声子晶体的能带结构进行计算,并将两种算法得出的禁带结果进行对比研究。根据带隙图的差异分析说明了单一方法可能的不足,同时发现了计算结果最准确的区域是通过两种算法计算所得结果的重合区域,所以使用两种方法相结合的带隙算法,讨论了二组元材料参数和填充率对禁带的影响。研究发现散射体密度与基体的密度的比值越大,禁带的宽度就越宽,散射体相比于基体,对禁带的影响更大;增大填充率时禁带宽度变宽,大到一定程度时禁带宽度变窄。     

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。     

方柱转动情况下二维声子晶体的声波带隙结构

用平面波展开法研究方形钨柱在环氧树脂基体中呈正方形排列和三角形排列时的带隙以及方柱转动对带隙结构的影响. 研究结果表明： 在相同的填充率下, 钨柱按三角形排列比按正方形排列更容易具有较宽的完全带隙;在任意的填充率下, 当钨柱按正方形排列时, 系统的最低完全带隙相对宽度随着转动角度的增加而变窄;当按三角形排列时, 系统的最低完全带隙相对宽度随着转动角度的增加先变宽, 后变窄;插入体的填充率越高, 方柱转动对系统带隙的影响越大.     

三维声子晶体带隙与散射体取向的关系

研究了散射体的取向对二组元三维声子晶体带结构的影响.应用平面波展开法计算了3种结构的三维声子晶体的带结构,结果表明：通过改变散射体的取向可以调节带隙大小,对于简立方和面心立方结构的声子晶体,最低带隙宽度随着散射体的旋转角的增加而减小,而对体心立方结构的声子晶体,最低带隙宽度随着散射体旋转角的增加而增加.     

一维铝/非金属、花岗岩/非金属声子晶体的带隙特点

运用集中质量法计算了一维铝/非金属、花岗岩/非金属声子晶体的振动带隙。结果表明:在相同条件下,铝、花岗岩与同一非金属组合成的声子晶体带隙几乎相同,而弹性模量、泊松比对带隙结构几乎无影响,带隙主要由这两种材料的密度决定。     

二维正方点阵固态声子晶体带隙研究

声子晶体对声子晶体带结构的研究具有极大的理论和应用价值.介绍了用平面波展开法计算二维正方点阵的固态声子晶体带隙的方法,研究不同截面形状的散射物对晶体带隙的影响.当填充分数F<0.5时,圆形截面散射物体系比正方形截面及长方形截面的体系有利于带隙产生,而当F>0.5时,则正方形截面的体系更优越.     

一维花岗岩/丁腈橡胶声子晶体的带隙及其应用

 采用集中质量法计算了一维花岗岩/丁腈橡胶声子晶体的振动带隙,研究了集中质量数、晶格常数、组分比及丁腈橡胶的粘弹性对带隙的影响.结果表明,增加集中质量数能提高带隙精度,晶格常数及组分比对带隙结构有较大影响,而丁腈橡胶的粘弹性能增大带隙宽度.根据以上结论,对声子晶体的材料参数和结构参数进行了优化,设计出1种能屏蔽人耳最敏感的1.5~2.5 kHz噪声的一维声子晶体.     

温度变化对一维声子晶体带隙的调控分析

设计出基体材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT),散射体材料为钛酸锶钡(BST)的一维声子晶体匀直杆.因为组成该结构的2种材料的弹性模量和泊松比都与温度相关,温度的改变将引起材料物理参数的变化,从而导致晶体中弹性波带隙结构的变化.采用集中质量法,仿真计算该声子晶体中温度分别为30℃和45℃情况下,2种结构的带隙分布情况,寻找相应的变化规律。研究表明:对于一维二组元BST/PBT匀直杆状声子晶体结构,随着结构温度由30℃增大为45℃,该声子晶体的第1带隙及第2带隙的起始频率、截止频率以及带隙的中心频率降低;同时,温度增大能够减小第1带隙的带隙宽度,增大第2带隙的带隙宽度。温度变化为调控声子晶体的带隙特性提供了新的设计思路。另外,基于温度变化还可以通过改变结构晶格常数的取值来获得所需的带隙.     

方柱复式氮化硼结构固／气型声子晶体的带隙研究

将复式氮化硼（BN）结构引入固／气型声子晶体中,基元中有两个边长不同的正方柱体,用平面波法研究了其带隙结构,三角格子和石墨结构作为BN结构的特殊情况被包含在其中。研究发现,通过改变两正方柱体的填充率、截面边长比及绕其中心轴的旋转角度,就可调节整个声子晶体的带隙结构和范围,从而实现有选择性的滤波。与简单三角格子相比,普通复式BN结构及石墨结构更容易在小体积及低填充率条件下获得低频宽带隙。     

一维声子晶体弹性波带隙计算的小波方法

发展了一种基于小波的一维声子晶体弹性波带隙计算方法. 将弹性波场在小波基上展开, 于是得到一个关于自适应计算小波积分的一般矩阵特征值问题. 将该方法应用到二元体系的声子晶体, 与传统平面波展开法相比, 该方法的计算结果与之相符合, 而且可在得到同样计算精度的条件下, 显著降低计算量, 提高计算速度. 另外, 小波的自适应也使得该方法有可能计算更复杂的声子结构.     

声波在声子带隙材料中的传输

研究了声波在二维声子带隙材料中的传输特性，把声子带隙材料作为一个散射体进行处理．在远场近似下(kr≥1)，计算了声波在有限范围内声子带隙材料中的传输系数，得到了与带结构符合很好的计算结果，     

二维正方形结构的液体声子晶体的声波带隙

用改进平面波方法研究了正方形点阵排列的水—汞体系中正方框柱对带隙的影响。     

一维三组元杆状结构声子晶体带隙研究

采用集中质量法对一维三组元杆状结构声子晶体带隙特征进行计算,将其与一维二组元杆状结构声子晶体进行比较。研究表明,一维三组元结构声子晶体能有效拓宽带隙频率范围且能降低起止频率。在一维二组元(铝/塑料)声子晶体组份材料铝和塑料之间插入丁腈橡胶前后,保证2个模型的晶格常数a=0.3m、自由度总数300相同。当组份比t为1时,三组元(铝/丁腈橡胶/塑料)声子晶体可以降低第1带隙的起始频率463.7Hz、截止频率2 108.1Hz。当三组元声子晶体晶格常数a由0.03m增大到0.42m时,该声子晶体第1带隙起始频率由18 943Hz下降到1 353.1Hz,截止频率由37 799Hz下降到2 699.9Hz。如果取三组元声子晶体的晶格常数为0.3m,固定其中铝的长度为0.15m,将丁腈橡胶和塑料的长度之和固定为0.15m,调节丁腈橡胶的长度由0m增大到0.15m时,该声子晶体第1带隙起始频率由2 359.8Hz下降到1 664.7Hz,截止频率由5 888.0Hz下降到4 065.3Hz。同时该声子晶体第1带隙宽度变化在低频率区存在一个峰值3 043.6Hz。这些变化规律对拓展一维杆状声子晶体的带隙特征具有积极意义。     

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。     

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。     

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。