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．     

声子晶体应用基础研究概述

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,总结了国内外声子晶在应用基础研究方面的成果以及国内有关声子晶体方面的专利发明情况,为深入声子晶体的应用研究提供依据。     

基于1维石灰岩/硅橡胶声子晶体的振动控制研究

采用集中质量法计算了1维石灰岩/硅橡胶杆状声子晶体的带隙情况,系统分析了该声子晶体模型的结构参数和材料参数对带隙的调控规律.研究表明:结构的晶格常数增大时,带隙频率趋向低频率区域,带隙宽度变窄;增大两种材料的密度差值,或者增大两种材料的弹性模量差值,能够获得低频、宽带带隙;调节硅橡胶的厚度或组份比t也可以获得低频、宽带带隙,当t=0.426时,第1,第2带隙的起止频率下降到中、低频率1kHz以内;材料的泊松比变化对带隙影响可以忽略.总体而言,1维2组元石灰岩/硅橡胶杆状声子晶体具有中、低频率段的禁带特征,通过调节其相关参数可以实现不同的振动控制要求,对利用该声子晶体制备中、低频率段的弹性波/声波滤波振动控制器件具有一定的理论意义.     

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.     

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.     

平面波展开法在声子晶体中的应用

本文选择用平面波展开法对二维声子晶体的带结构进行了研究。     

一维非均匀结构声子晶体反射率研究

采用传输矩阵分析方法,利用软件编写程序,研究非均匀结构一维声子晶体的反射谱特性,得到等间隔的反射谱特性,禁带带隙宽度由7.2k Hz左右可以达到11k Hz左右,反射特性也更好,研究还发现随着晶格常数的减小,带宽可以拓宽到82k Hz,可以很好的应用于机电设备的降噪与减震。     

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.     

声子晶体滤波特性研究

声子晶体的滤波特性引起了科技工作者的广泛关注.在二维三组元局域共振声子晶体中,通过引入两种不同填充率的共振单元分别位于规则的六角形的角顶和中心构成的缺陷态波导结构,以此为基础构建声子晶体相应的实验模型,然后基于Comsol仿真平台,模拟特定频率的声波激励声子晶体过程,计算声子晶体幅频响应函数。仿真结果表明,声子晶体可以方便设计出新型的高效、声滤波器。     

声子晶体板中低频完全禁带形成机理研究

针对固体基局域共振型声子晶体中难以出现100Hz以下的完全弹性波禁带问题,提出了一种新型声子晶体板,其结构由锥形复合散射体周期性阵列于一个二维二组元声子晶体板两边构成。采用有限元方法对其禁带特性和禁带形成机理进行理论研究,获得了声子晶体板中低频完全禁带的形成机理以及禁带调节规律。研究发现,不同形式的板波模态与对应的局域共振模态依据模态叠加原理相互耦合生成面内、面外两种禁带,二者叠加形成完全禁带;散射体振子的等效弹簧质量系统耦合是难以产生低频完全禁带的主要原因。研究结果表明:新型声子晶体板中散射体振子的等效弹簧质量系统可被引入的橡胶填充体解耦,致使面内、面外禁带分离;引入的锥形复合散射体可使相互分离的面内、面外禁带被同时单独调节至低频发生重叠,最终生成了一条频率范围为59~103Hz的低频完全禁带。研究结果和结论可将声子晶体应用于工程结构低频减振中。     

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.     

二维椭圆柱散射体声子晶体带结构的计算

采用平面波展开法数值计算了二维椭圆柱散射体声子晶体的带结构,并与圆柱散射体声子晶体的带结构进行比较,发现利用椭圆柱散射体可以获得较大的声子带隙.     

基于多重散射理论的二维声子晶体带结构计算

二维固体结构声子晶体如平板、板壳在结构材料的减振、降噪方面有广泛的应用,研究二维固体结构声子晶体的禁带特性,对减振、降噪结构材料及声学滤波器的设计有重要的理论指导意义.用声子晶体带结构计算的多重散射理论,计算了二维碳一环氧树脂声子晶体的能带结构.结果表明,将波速较大的碳柱体按正方形周期排列放入到波速较小的环氧树脂中,在布里渊区两个主要方向上出现了完全禁带.     

一维层状二组元声子晶体的带隙研究

运用传输矩阵法数值计算了弹性波分别通过不同晶格常数、不同组元厚度比和不同复合周期数的一维层状二组元声子晶体的透射率,确定了带隙的起止频率和宽度。结果显示,晶格常数增大,起止频率和带隙宽度均变小;厚度比增加,起始频率几乎不变,而截止频率和带隙宽度几乎成线性增加;周期数增加,起止频率和带隙宽度均几乎不变。     

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。     

二维声子晶体板的声波能带结构

采用基于超元胞的平面波展开法研究了二维声子晶体板的声波能带结构,分析了二维声子晶体板的几何参数(板的厚度,圆柱体的半径和高)对声波能带的影响.研究结果表明：该声子晶体具有更优的带隙,带隙的调节机制更为简单,超元胞法是研究这一类声子晶体能带结构的一种有效方法.     

弹性地基上的二维声子晶体薄板振动特性研究

弹性地基板在工程中有着广泛应用,控制和消除其振动的问题一直为人们所关注.声子晶体的弹性波禁带特性为弹性地基板的减振隔振和振动控制提供了一种新思路.利用大型商业软件ABAQUS分别计算了有无弹性地基作用的二维声子晶体薄板的频率响应,并进行了对比分析.结果显示,弹性地基的存在使得二维声子晶体薄板在频响分析的低频阶段产生了一个振动带隙,同时较高频率处的带隙范围与无地基情形时相比向高频移动.