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。     

二维声子晶体的弹性波禁带及其影响因素

选取了5种不同材料组分和2组不同截面形状散射体的声子晶体作为研究对象,利用平面波展开法研究了二维固相双组分正方点阵声子晶体中z向剪切波的频率带结构,探讨了材料特性和截面形状对禁带的影响．结果表明：填充物的密度和弹性模量比基体的大时,容易产生弹性波禁带,材料的密度比剪切模量更能影响弹性波禁带的宽度,圆截面散射体的结构在总体上比正方形截面更容易产生弹性波禁带．     

嵌入单元对周期结构声禁带形成的机理研究

研究了二维三元周期结构的声禁带加宽现象产生的物理机理.三元周期结构的组成为:基体(环氧树脂)十二元嵌入单元(橡胶包层和铁柱).通过计算嵌入单元对声波能量传输谱的影响,并与相应的二元周期结构的能带比较,发现声禁带加宽现象源于橡胶包层内某一频段声波的局域共振,理论与实验结果一致.     

极性晶体中极化子的声子平均数

采用改进的线性组合算符和幺正交换方法研究极性晶体中极化子的性质.导出了极性晶体中极化子的声子平均数与极化子的速度的关系.通过RbCl和AlSb晶体进行数值计算,结果表明：极性晶体中强弱耦合极化子的声子平均数均随极化子的速度的增加而增加.     

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.     

晶体中束缚光学极化子的声子平均数

研究晶体中束缚极化子的性质，采用Tokuda改进的线性组合算符、Lagrange乘子和变分法讨论了晶体中强、弱耦合极化子的振动频率和光学声子平均数与拉格朗日乘子u的关系，以RbCl晶体为例进行了数值计算，结果表面：束缚极化子的振动频率，基态能量和声子平均数随拉格朗日乘子u的增加而增大。     

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.     

多原子晶体中极化子的光学声子平均数

研究多原子晶体中极化子光学声子平均数的性质．采用线性组合算符和幺正变换方法，分别导出多原子晶体中强、弱耦合极化子的光学声子平均数．结果表明：对于弱耦合得到光学声子平均数是由不同支声子与电子耦合产生的声子平均数之和的通常结果，对于强耦合存在一个由于不同支声子之间交叉项贡献的附加声子平均数。     

声子色散对多原子晶体中极化子的影响

本文计及纵光学声子的色散,在抛物近似下,计算了多原子晶体中极化子的基态能量,有效质量和自陷能。声子色散的加强使极化子自陷能变大,有效质量也随色散的强弱而改变。     

无限周期声子晶体全反射隧穿效应的机理研究

建立了一维无限周期声子晶体的谐振腔模型,利用谐振腔的共振条件推导出全反射隧穿导带频率满足的解析公式,从理论上解释了一维无限周期声子晶体全反射隧穿效应产生的物理机理.利用频率的解析公式对全反射隧穿导带的频率随导带级数、腔厚度以及入射角的变化规律进行了研究,圆满地解释了一维无限周期声子晶体的全反射隧穿效应的变化规律.并且将共振理论的结果与色散法的结果进行比较,其结果完全吻合.     

密度对一维铝/硅橡胶声子晶体低频带隙的调控

选用金属材料铝和非金属材料硅橡胶,设计出一维铝/硅橡胶声子晶体结构.采用固体物理学中的集中质量法,基于MATLAB编程计算该声子晶体的能带结构.通过单一改变结构中材料铝的密度或者单一改变材料硅橡胶的密度,寻找单一材料密度变化对结构第1带隙的影响规律.结果表明：一维铝/硅橡胶声子晶体的第1带隙起始频率较低为30.6994 Hz,第1带隙带宽为45.479 Hz;当增大结构中两种组合材料的密度差值,可调节结构获得相对的低频、宽带带隙.研究结论可应用于低频率振动控制器件的设计.     

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。     

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.     

一维非周期性声子晶体中声波动力学特性

基于转移矩阵法和局域振动模式理论,讨论了利用由树脂玻璃和水腔交替构成的声子晶体制备具有分子能态特点的宏观器件的方法;研究了水层宽度梯度变化时声子晶体中的Wannier-Stark阶梯和Bloch振荡.研究结果表明用宏观尺寸材料制备的声子晶体会表现出类似于微观的物理效应,这对于利用宏观尺寸的材料制备更为实际的声子晶体器件具有一定的参考价值.     

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。     

晶体中声子和光子的区别与联系

对光子和声子的特点、光子和声子产生的机制、晶体中光子和电子相互作用规律及声子与电子相互作用规律,进行了全面的类比区别.并且利用晶体中光子和声子相互作用的规律,阐明了光子和声子的联系.     

低频电磁铸造过程中温度场的形成机理

通过理论解析研究了电磁场引起铸造过程中温度场改变的原因,并通过在铸造过程中连续测温的方法进行了实验验证.结果表明,低频电磁铸造对温度场产生影响的主要原因是低频电磁场引起熔体强制对流.强制对流对熔体产生强烈的搅拌作用,促进了熔体内部的热交换,加强了熔体与结晶器壁(石墨环)以及熔体和固液界面的传热,使熔体温度场非常均匀,接近于同一温度.研究还发现,低频电磁铸造过程对浇注温度不敏感,改变浇注温度,结晶器内熔体温度变化不大.     

多原子晶体中强耦合表面极化子的声子平均数

研究多原子晶体中强耦合表面极化子的性质．采用Tokuda改进的线性组合算符和幺正变换方法导出了表面极化子的振动频率和声子平均数，讨论了多原子晶体中强耦合表面极化子的振动频率和声子平均数与拉格朗日乘子u和电子一声子耦合参数α的关系．结果表明：表面极化子的振动频率λ和声子平均数N随耦合参数α和拉格朗日乘子u的增加而增加．     

纯二维晶体中表面极化子的光学声子平均数

研究了纯二维晶体中与光学声子相互作用的表面极化子的性质，采用幺正变换和线性组合算符法，导出了晶体中强、弱耦合电子周围光学声子的平均数．并与用改进的线性组合算符和拉格朗日乘子法所得结果相比较，并讨论之．