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.     

分析材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响

应用平面波展开法(PWE)分析了材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响,发现散射体的剪切模量和密度是影响声子晶体能带结构的主要因素,杨氏模量对声子晶体能带结构的影响极小.当散射体的剪切模量小于基体时,声子晶体出现了多条带隙;反之声子晶体的带隙在填充率较大时出现,且与基体的剪切模量差值越大,声子晶体的带隙越宽.当散射体的密度小于基体时,只有在填充率较大时出现带隙且极窄;反之,声子晶体出现了多条带隙.继而采用钨、铍、碳、硅四种材料设计二维声子晶体,计算结果与上述推论颇为吻合,这为设计声子晶体在选材方面提供了理论依据.     

黏弹阻尼对一维杆状声子晶体能带结构频移的影响

为了明确黏弹阻尼对声子晶体能带结构的影响,根据黏弹材料的标准线性固体模型,利用平面波展开法的迭代算法对一维黏弹材料声子晶体的能带结构进行了理论计算和对比分析。与弹性模量为常数的完全弹性材料相比,黏弹材料由于其复模量的频率相关性,储能模量和损耗模量对声子晶体的能带结构都有重要影响,特别是损耗模量对声子晶体能带结构的影响在阻尼峰值附近的频率范围不容忽视。位于此频率范围的能带被调向更高频而其他范围的能带基本不变,从而使能带下方带隙增宽而上方带隙变窄。损耗模量对能带结构的这一特定调节作用为黏弹性阻尼材料应用于声子晶体提供了一定的理论基础,也为获得宽频带隙提供了一种新的方法。     

Winkler弹性地基上声子晶体梁带隙特性

 研究弹性地基上声子晶体梁的振动特性对于工程中的减振、隔振有一定指导意义.为揭示弹性地基上声子晶体Euler梁的振动特性,采用Euler梁理论、Winkler地基模型,通过有限元法计算出Winkler地基上声子晶体Euler梁弯曲振动能带结构.并与无地基作用下的声子晶体Euler梁能带结构的计算结果比较,揭示出地基约束对声子晶体Euler梁弯曲振动带隙的影响规律.同时,考虑材料的组分比对带隙的影响,结果体现出模型的振动衰减第一带隙范围及第二带隙范围的变化趋势.     

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.     

平面波展开法计算一维光子晶体能带

通过计算光子晶体的特性,寻找符合要求的的光子晶体微结构是制作光子晶体的必要环节。本文利用平面波展开法研究了无限周期一维光子晶体的能带结构。通过一维光子晶体在不同角度传播时的能带结构可以看出,TE模和TM模能带结构随着传播角度的变化趋势却并不相同：在00到450范围内,TE模的第一带隙宽度变化不大主要是位置有些移动;而TM模的除了第一带隙的位置移动外第一带隙的宽度也明显在逐渐减小,尤其在450时第一带隙完全消失,这样在450附近一维光子晶体就会出现明显的偏振现象。这与用特征传输矩阵法所得到的结论是一致的。     

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。     

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。     

一维Fibonacci序列光子晶体高频带隙研究

利用时域有限差分法和传输矩阵法研究了Fibonacci序列一维准周期光子晶体的能带.结果表明:此种结构的光子晶体在高频范围存在带隙;进一步发现当构成薄膜系的两种材料厚度相等,且膜系的非周期性较强即膜系的级数较高时,光子晶体较容易出现高频带隙.     

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.     

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.     

矩形晶格结构对二维固-液体系声子晶体能带结构的影响

运用多重散射理论计算了二维铁-水声子晶体在不同矩形晶格和不同填充率情况下的能带结构,并详细研究了矩形晶格长宽比和填充率对禁带宽度的影响.     

椭圆散射元构建的二维光子晶体禁带特性

基于对光子晶体禁带的研究,设计了一个椭圆形散射元。利用平面波展开法,采用二维六边形晶格结构,对这一椭圆散射元光子晶体的禁带特性进行模拟计算。分别计算了TE模式和TM模式两种电磁场下的光子晶体的禁带宽度,对相对禁带关于散射元结构参数变化的关系做了分析,依据相对禁带宽度,找到相对禁带最大的模型。     

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.     

正方空气柱结构二维三角晶格光子晶体及其禁带特征

基于平面波展开法比较研究了空气圆柱三角晶格光子晶体和正方介质柱三角晶格光子晶体的禁带特征,提出了正方空气柱三角晶格光子晶体结构,并分析了相对介电常数对其禁带宽度的影响.结果表明:空气圆柱三角晶格光子晶体要比由同种介质材料构成的正方介质柱三角晶格光子晶体的完全禁带要大得多;对于正方空气柱三角晶格光子晶体,当相对介电常数εr>12.0时将出现双禁带,且当εr=19.0时两条禁带均达到最大值.     

金属电磁带隙波导特性分析

利用有限差分(FDTD)法分析了两维金属电磁带隙(EBG)波导带隙、耦合频率和模场分布,确定了EBG结构参数和对应的频率范围;利用HFSS建立了金属电磁带隙结构分析模型,设计了带有矩形波导转换的EBG波导.基于HFSS分析该波导,得到了这两种结构的传输谱线,对比说明矩形波导接口适用于窄带应用,而圆形波导接口适用于宽带应用.实验测试结果与数值分析符合较好.