声波在声子晶体中的Zener共振遂穿效应

应用转移矩阵方法,研究了由两个全同声子晶体构成的可调谐声学谐振腔中声波的共振遂穿效应,其遂穿过程类似于量子力学中的Zener共振遂穿效应.通过改变声波谐振腔的长度,研究了声子晶体的带隙中声波遂穿的动力学过程.结果表明:不同带隙具有不同的遂穿特征,遂穿频率随着谐振腔的增加呈周期性振荡变化的规律.     

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.     

多重双势垒结构中电子共振隧道效应的理论研究

研究了一维多重双势垒结构中电子共振隧穿效应，给出了透射系数和共振隧穿条件的解析表达式，数值计算并解释了随双势垒内外讲宽度差△ｄ变化的共振隧穿透射能谱，与对应的多重单势垒结构相比，这种多重双势垒结构显示出一些有趣的性质．     

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.     

半导体多重直角势垒结构中的电子共振隧穿

把一维Ｎ重直角势垒结构共振隧穿问题的解析工作推广到以多个势垒为单元任意重复排列的统一模型，并考虑了价带的影响。对单元Ｍ为单势垒和双势垒的结构得到简便的透射系数公式。本文结果还证明，发生共振隧穿的电子能量必须位于以Ｍ为原胞的周期系统的允许带内，考虑价带影响后，同等条件下发生共振隧穿的能量明显增大。     

三元混晶双势垒结构中光学声子辅助共振隧穿及压力效应

采用连续介电模型,细致探讨了AIxGa1-xAs／GaAs双势垒结构中界面声子的色散关系及其与电子的耦合作用．进而采用Fermi黄金法则,在该结构的垒或阱为三元混晶材料时,分别计算了声子辅助隧穿电流密度．结果表明,在宽阱情形下,若垒为混晶材料,混晶效应不明显,只有一个明显的声子峰,该结论与实验符合较好;若阱为混晶材料,则混晶效应明显,具有两个声子峰,该结论对实验有指导意义．本文还讨论了压力对声子辅助共振隧穿的影响,结果显示：声子辅助隧穿峰和共振峰的峰值均随压力增加而减小,但声子辅助隧穿效应则随压力增加．     

一维多量子点阵列的电子输运

利用非平衡格林函数方法,研究了无库仑相互作用的一维复式量子点阵列的电子输运性质,得到了隧穿电流的一般解析武,讨论了量子点参数对共振隧穿电流的影响.     

单负材料光子晶体中的可调共振隧穿模

用传输矩阵方法研究了由两种单负材料构成的一维光子晶体的透射特性.研究发现:这种结构的光子晶体具有2个共振隧穿模,并且2个共振隧穿模能够通过改变缺陷层的厚度或改变两种单负材料的厚度比进行调节.这种特性可用来制作可调的双通道滤波器.     

低温声腔中基于二能级系统与高频泛音相互作用引起的声学声子损失

在晶体中,杂质原子或晶格缺陷形成的二能级系统会对声子产生弹性散射.利用压电晶体作为共振腔的低温声腔中,这种散射过程的存在导致高频泛音的损失.这种散射可以解释为压电晶体中应变场与二能级系统的耦合,并且能够用一个相互作用哈密顿量描述.根据这个相互作用哈密顿量和二阶微扰论,得到了一个基于声子-二能级系统弹性散射的声子损失公式.根据这个公式,得到了声波损失如何受声波频率和环境温度的变化,而这种分析给出了一个合理的损失机制,解释了M.Goryachev等人在2013年对石英体声腔品质因子的测量结果.希望该工作可以为降低低温声腔激发的高频声波损失提供了理论支持.     

固-流结构矩形掺杂声子晶体中弹性波的缺陷模

采用一维固-流结构矩形掺杂声子晶体中弹性波横向受限的条件,推导出弹性波在其中各个模式满足的关系式. 利用它分析了弹性波各模式的特性,并使用转移矩阵法研究了弹性波的缺陷模随模式量子数和矩形边长的变化规律,得出了一些不同于一维非受限声子晶体的缺陷模的新特征. 一维掺杂矩形声子晶体的缺陷模由模式量子数确定,缺陷模的频率和半高宽与模式量子数和矩形边长有关.     

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。     

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。     

声子晶体材料与有源控制相结合的宽频噪声抑制方法

电力变压器噪声除了本体噪声产生的低频分量,还包含冷却风扇产生的中高频噪声。有源降噪方法对低频噪声控制性能好,且灵活可控,但降噪效果受制于通道数量。在不增加通道数量的前提下,为了拓宽降噪频率范围,提出声子晶体材料与有源控制相结合的降噪方法。以DSP为核心控制器搭建了基于LMS算法的双通道有源降噪系统,在此基础上开展了嵌入声子晶体材料的有源降噪系统降噪性能验证实验研究。实验结果表明,针对变压器100～400 Hz的低频噪声,双通道有源降噪系统单频最大降噪量约20 dB,多频总降噪量可达9 dB。设计了对500～1 000 Hz中高频噪声抑制作用明显的声子晶体材料,对600 Hz单频降噪量约14 dB。嵌入声子晶体材料的双通道有源降噪系统,最大总降噪量可达16 dB,优于单纯的有源降噪。可见,声子晶体材料与有源控制相结合,拓宽降噪频率范围、提高降噪性能的方法是可行性的。     

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.     

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.     

桥梁预应力孔道注浆质量检测

 桥梁预应力孔道结构内部若存在不密实区或空洞等缺陷,会影响结构的承载能力和耐久性,因而孔道注浆质量的无损检测成为确保大型结构安全运营的关键措施.首先从理论上探讨了应力波检测预应力桥梁孔道注浆质量的原理和方法,提出了评价孔道注浆质量的参数,接着对应力波在预应力桥梁孔道注浆检测中的应用开展模型试验研究,进而进行现场检测分析,并与桥梁孔道注浆实际缺陷进行对比.结果表明,应力波法检测预应力桥梁孔道注浆质量信息全面,效果好,检测中所发现的缺陷位置与实际桥梁孔道注浆的缺陷位置有较好的一致性,且检测受环境干扰小,方便快捷,证实了应力波检测预应力桥梁孔道注浆质量的可行性、有效性和无损性.     

变幅杆横向振动的频率修正

在变幅杆有径向动能的情况下,运用能量法,给出考虑横向效应后变幅杆谐振频率的计算公式,计算结果与实验值吻合较好。     

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。     

P波地震衰减的声子晶体效应

研究储层中周期性复合介质的声带隙效应, 给出一种地震波衰减机制. 将周期分层孔隙介质模型看作一维声子晶体, 采用改进的反射透射系数矩阵方法研究平面P波在其中传播时的声带隙现象. 结果表明, 当两种介质特征纵波速度不同时, 在满足晶格厚度为平均纵波半波长整数倍的频率处, 出现了一系列阻带, 且低频阻带的宽度和衰减正比于该速度差异. 不相溶流体的混合饱和与孔隙度的变化与颗粒和骨架参数的变化相比,  其低频阻带具有更大的带宽和衰减. 当晶格厚度为几米至几十米时, 低频阻带处于地震频率范围内.  