基于椭圆散射体的二维三角晶格声子晶体带隙

采用降低对称性改变带隙宽度及位置的思想,以椭圆柱体代替圆柱体构成二维三角晶格钢/空气声子晶体,利用平面波展开法计算其能带结构.结果表明,由于采用椭圆柱体降低了散射体的对称性,从而打开一条新的低频带隙,并且在一定的填充率范围内获得更宽的带隙.此外,散射体截面越接近于圆越容易打开高频带隙;反之,散射体的椭圆截面越扁,越利于打开低频带隙.该研究为声子晶体在低频减振和噪音控制的工程应用方面提供了一种思路.     

二维蜂窝晶格钢/水声子晶体能带结构

利用平面波展开法研究了钢柱按蜂窝晶格周期排列水中构成二维钢/水声子晶体的能带结构,并详细推导了蜂窝晶格的2种结构因子.基于超声浸水透射技术,沿着第一简约布里渊区2个高对称方向测试声子晶体的带隙.实验结果表明,第一完全带隙频率范围与理论计算结果相吻合.     

光子晶体带隙结构的数值计算

该文简述了光子晶体的基本概念及基于平面波方法的理论分析。光子晶体是周期性介质结构,其带隙结构计算复杂,难于进行解析分析,只能使用数值模拟,所以关于光子晶体带隙的计算成为其理论研究的一个重要分支。该文在推导出一维光子晶体的解析解后,使用平面波方法在MATLAB下编写了通用的二维光子晶体能带结构计算程序,找到了出现最大带隙的结构参数,为设计和制作二维光子晶体提供了理论依据。     

声子晶体角式组合杆的减振性能研究

针对声子晶体直杆减振效果不理想的问题,提出了一种具有宽频多维减振能力的声子晶体角式组合杆.采用传递矩阵法进行了理论分析,在MATLAB中进行了数值计算,最后通过仿真和实验加以验证.分析结果表明:声子晶体角式组合杆能够实现弯曲带隙内的三维减振和纵向带隙内的二维减振性能,是一种良好的宽频多维减振元件;夹角和加载角对声子晶体角式组合杆的减振性能有重要影响.     

基于平面波展开法的声学黑洞梁弯曲波带隙研究

为了进一步提高结构的减振能力,新型减振结构的研究已成必然趋势,声学黑洞作为连续幂律变截面结构,能较好地抑制结构中弯曲波的传播.为了扩展声学黑洞减振频带,本文考虑将声子晶体中周期性结构与声学黑洞结合,构造出以声学黑洞为原胞的一维声子晶体梁.基于欧拉梁理论,推导了该声子晶体梁的弯曲波带隙的平面波展开计算方法,分析了该方法的...     

二维十字排列椭圆孔声子晶体带隙研究

采用有限元及实验方法,研究二维十字排列椭圆孔声子晶体中弹性波传播的带隙以及人为引入的夹杂对带隙的调控. 当声子晶体薄板沿板厚方向均匀施加面内激励时,将激发面内的动力响应,对应于平面应力状态. 基于逆向思维,针对二维十字排列椭圆孔声子晶体薄板,建立平面有限元模型,计算该模型沿晶格ΓX方向的波动传输特性,分析孔洞长短轴之比、孔隙率和线缺陷等因素对带隙及弹性波传播特性的影响. 制作与计算模型同尺寸的声子晶体试样进行传输特性实验,测试结果与有限元仿真结果吻合. 结果表明,带隙的宽度随着椭圆孔长短轴比例的增加而增大,可以通过引入合适的线缺陷来反向调控声子晶体的带隙.     

三角晶格二维光子晶体带隙结构数值研究

为了详细研究三角晶格二维光子晶体的带隙结构特性,采用平面波展开法对该类光子晶体的能带结构作数值研究,计算不同参数下三角二维光子晶体的能带曲线.结果表明,三角二维光子晶体介质基质中空气柱结构比空气基质中介质柱结构在柱体半径相同时更容易形成完全禁带.特别对TE模式而言两种结构都较容易形成禁带,介质基质中的空气柱结构不存在完全禁带.     

用平面波展开方法计算二维光子晶体带隙结构

应用平面波展开方法(PWM)计算了三角晶格和正方晶格二维空气柱光子晶体带隙结构。结果表明三角晶格和正方晶格二维空气柱光子晶体存在对应TE、TM模的带隙,并且在某些条件下存在完全带隙。比较而言,三角晶格结构光子晶体存在更大的完全带隙。     

散射体旋转角对二维声子晶体带隙结构影响分析

为探讨散射体旋转作用对于弹性波在声子晶体中的传播特性产生的影响,采用平面波展开法将散射体与晶格轴线夹角因素引入结构函数,研究了在不同填充率下,伴随着旋转角的变化,正方形、椭圆形、正六边形散射体禁带出现的位置及宽度变化情况。研究结果表明：散射体旋转角度对二维声子晶体带隙结构具有显著影响,并且散射体旋转角对正六边形、正方形散射体的影响明显大于对于椭圆形散射体的影响;然而,无论散射体取为何种形状,旋转角度对声子晶体产生禁带的位置（禁带中间频率）影响并不明显。     

蜂窝晶格和Kagomé晶格二维光子晶体带隙特性研究

应用平面波展开方法(PWM)计算了蜂窝晶格和Kagomé晶格二维介质柱光子晶体带隙结构。结果表明蜂窝晶格和Kagomé晶格二维介质柱光子晶体存在对应TE、TM模的带隙,并且在某些条件下存在完全带隙。比较而言,蜂窝晶格结构光子晶体存在更大的完全带隙。     

反欧泊结构InP三维光子晶体的制备及研究

MOCVD法实验制备了反欧泊密堆积结构InP三维光子晶体,平面波法计算分析发现对于2003年Yethiraj和Van B laaderen提出的非密堆积结构,利用此方法制备的非密堆积结构反欧泊InP三维光子晶体,只要填充率达到44%以上即可出现完全光子带隙.     

基于共形FDFD的光子晶体带隙计算方法研究

针对光子晶体结构的介质曲面分界面采用了一种高效的共形处理,结合处理三角晶格的平移转换方法,得到了处理二维正方晶格和三角晶格光子晶体带隙计算的高效共形FDFD方法。针对所建FDFD方法的精度和收敛性做了进一步的分析。最后得到了正方晶格和三角晶格的能带图,并与PWM方法计算的结果进行比较;数值结果表明,所提方法的计算结果不仅与PWM方法结果吻合较好,而且计算时间大为降低。     

含共振单元的单相3维声子晶体设计及其带隙特性研究

局域共振型声子晶体具有低频段的弹性波带隙特性,在振动与噪声控制工程领域有着重要的应用前景。三维局域共振型声子晶体的结构形式目前主要是基于多组元材料体系,在面向工程实际的制造和应用方面存在局限。对此,本文提出一种可实现低频局域共振带隙的单相三维声子晶体结构,利用有限元方法计算了声子晶体的能带结构、振动模态和传输特性。结果表明：该结构在具有高频带隙的同时,可在归一化频率低于0.1的范围内打开相对带隙宽度超过20%的低频弹性波带隙。结构中球形质量单元和连接体的局域共振是该低频带隙产生的主要原因。结构材料属性的变化影响带隙频率值的实际大小,而结构几何参数决定带隙在整个能带结构中出现的相对位置。通过改变结构材料参数和几何参数,可以实现对低频带隙边界和带隙宽度的调控。带隙的进一步拓宽可以通过构造几何参数渐变的组合结构来实现。本文所提出的单相三维声子晶体结构可用于低频减振降噪材料和器件的设计开发。     

ZnO晶格常数优化和电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似平面波超软赝势法,计算了纤锌矿ZnO的晶格常数、弹性模量、能带结构和态密度。理论预测ZnO是一种直接禁带半导体材料,导带底和价带顶都位于布里渊区中心G点处。计算结果与其他文献结果吻合较好,为ZnO光电材料的设计与应用提供了理论依据。     

复式(4.82)晶格声子晶体的低频完全带隙实验研究

为了设计新型低频降噪材料,基于复式晶格可以降低晶体结对称性与打开低频带隙的特征,以单胞含4个"原子"的复式(4.8~2)晶格钢/水声子晶体为研究对象,通过实验测试了第一布里渊区ΓX和ΓM方向带隙的性质,并进一步分析了完全带隙边界点的本征模态特点,阐述了其声波能量分布规律.实验结果表明:低频的2个完全带隙频率范围与有限元法计算值较为一致.     

The effects of point defects on transmission coefficients in two-dimensional piezoelectric phononic crystals

Based on finite-difference time-domain(FDTD) method,the wave propagation and localization in two-dimensional defect-containing piezoelectric phononic crystals are investigated when the mechanical-electrical coupling is taken into account.The characteristics of localized defect modes are studied,and the effects of the number and direction of defects on the defect modes and transmission coefficients are discussed.Numerical results of defect modes and transmission coefficients are presented for BaTiO3/polymer piezocomposite,and from which we can see that the number and direction of defects have pronounced effects on the defect modes and transmission coefficients.The results also show the existence of elastic wave localization in piezoelectric phononic crystals containing defects.