层状双周期结构声子晶体带隙特性研究

设计了一种层状五组元双周期结构声子晶体,并将其等效为一维声子晶体,采用传递矩阵法推导出了该结构的能带结构;在该带隙范围内弹性波或声波的传播能够得到有效抑制,实现对噪声的控制。同时,分析了取消内部周期以后第一带隙的变化以及改变硅橡胶层厚度对第一带隙的影响。结果表明,该结构与简单二元结构相比,在降低带隙频率的同时有效减轻了结构质量,且"内部周期"主要影响带隙宽度;当增加硅橡胶层的厚度时,带隙频率进一步降低。     

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.     

一维声子晶体杆状结构纵向振动带隙特性

基于传递矩阵法,以一维声子晶体杆状结构纵向振动带隙特性为研究对象,应用MATLAB编程,数值模拟了A为金、铜、铝和碳,B为环氧树脂时纵向振动带隙特性,得到铜与与环氧树脂构成一维声子晶体时,形成最大振动带隙宽度3．39KHz ,其中金能够形成较多的带隙区间。数值模拟了A为铜,B为硅橡胶、有机玻璃1、有机玻璃2和塑料时,得到A为铜,B为塑料时形成最大带隙在0．51KHz -7．06KHz ,带隙宽度为6．55KHz ,这两种组合形成了最大带隙宽度。A为铜,B为有机玻璃1时形成较多的带隙结构。研究结论为一维声子晶体器件制作提供参考。     

矩形晶格结构对二维压电声子晶体带隙的影响

通过计算二维压电声子晶体透射系数,研究了矩形晶格结构对声子晶体带隙的影响。为得到声子晶体的透射系数,构建叉指换能器(IDT)中间放置声子晶体的器件模型,IDT作为激发和接收端,声子晶体作为传输通道。通过有限元软件计算出模型的电学参数,分别结合IDT的混合矩阵(P矩阵)和声子晶体的散射矩阵,推导和计算出声表面波的透射系数,并找出带隙范围。该文在128°-YX铌酸锂基片上制作IDT和矩形晶格以圆孔为散射体的声子晶体。通过调整矩形晶格中y方向上晶格常数,理论和实验上均得到了2个方向上的带隙变化。结果表明,随着y方向上晶格常数的增大,x方向上的带隙逐渐分为两段,y方向上的带隙逐渐缩小,使y方向上的带隙夹在x方向两段带隙间。实验结果与计算结果较吻合。     

承压条件下声子晶体吸声性能研究

声子晶体是一种新的吸声材料,研究了局域共振单元包覆层模量、厚度以及橡胶基体模量对声子晶体共振吸声频率、吸声系数的影响规律。在常压及承压条件下,包覆层模量越高,厚度越小,共振吸声频率越高,其规律符合共振频率与包覆层模量、厚度之间的关系。随着压力的增加,声子晶体的共振吸声频率均向高频移动。承压条件下,包覆层模量较低的样品低频吸声系数略高。包覆层厚度为2mm的样品,常压及承压条件下低频吸声系数数值变化较小。基体橡胶模量对声子晶体吸声频率和吸声系数未见明显影响。     

声学超材料在低频减振降噪中的应用评述

低频机械波在传播过程中穿透力强,难以衰减,特别是次声频段的机械波易与机体器官发生共振,对身体造成危害。为了实现对低频机械波的有效控制,解决现代工业生产和生活中普遍存在的噪声污染问题,结合最近十几年发展起来的声子晶体和声学超材料,系统地总结和论述通过声子晶体和声学超材料解决低频振动噪声问题的新方法。归纳和总结典型的低频振动噪声来源和对其进行控制方面存在的一些困难,介绍低频振动噪声的危害。重点概括基于声子晶体禁带特性实现低频振动噪声被动控制的相关研究工作,主要介绍通过亚波长尺寸特征的杆、薄板和薄膜类结构来实现低频振动和噪声衰减的具体方法和效果。在声学超材料的理论框架下,讨论薄膜类结构在低频振动噪声衰减中的应用及其优缺点。通过结合实际工程需要和最新研究动态,对这一领域存在的问题和后续发展趋势进行总结。研究对推动声子晶体和声学超材料在工程实践中的应用具有一定的引导意义。     

散射矩阵法研究弹性波在异质结声子晶体中的谐振

利用散射矩阵把弹性波在相邻介质层中的前向波和后向波联系起来。利用散射矩阵法计算一维完整和缺陷声子晶体的透射和反射特性,得到与传输矩阵法完全相同的结果。用该方法研究了弹性波在含两个子声子晶体:相同介质不同周期常数,不同介质相同周期常数的异质结声子晶体中的传输特性。结果表明:在异质结的声子晶体的带隙内出现强烈的局域谐振模,其数目由后一个声子晶体的周期数决定。     

一维声子晶体中声波传播的理论分析

声子晶体是近10年来提出的一类具有周期性结构的人工声学材料。应用广义传输矩阵法(GT-MM),建立了声波传播特性的理论分析模型,得到了其声波场的平面波解,给出了数值实现方案。研究表明,该方法可精确地模拟弹性波通过一维有限厚的周期结构、准周期结构以及完全无序结构的传播特性。     

一种新的减振降噪声学功能材料——声子晶体

介绍了声子晶体的基本理论和主要特征、研究概况及其在振动与噪声控制方面广阔的工程技术应用前景,并对其未来的研究作了展望。