聲子晶體型周期復(fù)合結(jié)構(gòu)禁帶特性研究.pdf

1、彈性波或聲波在周期性復(fù)合介質(zhì)中傳播時(shí)，有可能會(huì)產(chǎn)生類似光子晶體的禁帶特性；即處于禁帶頻率范圍內(nèi)的彈性波或聲波將被禁止傳播，于是提出了聲子晶體的概念。這一概念的提出和證實(shí)，迅速引起了世界各國(guó)有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注，并積極地開(kāi)展了研究。這些研究一方面是深入探索聲子晶體的禁帶機(jī)理和特性；另一方面是努力謀求為工程中日益迫切和苛嚴(yán)的振動(dòng)噪聲控制提供新的思路和途徑。
　　 本論文在討論了聲子晶體現(xiàn)有基本理論和研究方法的基礎(chǔ)上，較深入地研究了

2、一維、二維和三維聲子晶體的某些特性及其影響因素。同時(shí)，利用聲子晶體的禁帶原理，嘗試通過(guò)構(gòu)建具有聲子晶體禁帶特性的周期性復(fù)合結(jié)構(gòu)，用于工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲控制的可行性。主要研究工作包括：
　　 (1)用波傳播法對(duì)縱波在一維聲子晶體中的禁帶特性進(jìn)行了研究，并與平面波展開(kāi)法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)波傳播法能在較短計(jì)算時(shí)間內(nèi)得到禁帶頻率。在處理粘彈性材料的頻變特性時(shí)，波傳播法能直接得到禁帶頻率，比經(jīng)過(guò)迭代改進(jìn)的平面波展開(kāi)法要快的多。
　　 (

3、2)用平面波展開(kāi)法對(duì)二維二元和三元薄板型聲子晶體的彎曲禁帶特性進(jìn)行了研究。在二維三元薄板型聲子晶體中得到了基于局域共振的低頻禁帶，分析討論了填充率、半徑比等對(duì)禁帶特性的影響。采用有限元法對(duì)有限周期復(fù)合薄板結(jié)構(gòu)彎曲振動(dòng)的傳輸特性進(jìn)行計(jì)算，發(fā)現(xiàn)彎曲振動(dòng)在有限板中也受到了較大的抑制，但與禁帶頻率有一定的差異；并討論了邊界條件對(duì)有限周期復(fù)合薄板結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳輸特性的影響。
　　 (3)用平面波展開(kāi)法研究了將鋼立方散射體以簡(jiǎn)單立方點(diǎn)陣形式嵌入

4、環(huán)氧樹(shù)脂基體中形成三維聲子晶體的禁帶特性，分析討論了填充率、散射體參數(shù)變化等對(duì)禁帶頻率的影響。發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)散射體的邊長(zhǎng)比，可以得到不同方向上的禁帶。
　　 (4)用波傳播法研究了鋼/環(huán)氧樹(shù)脂周期結(jié)構(gòu)梁的禁帶特性，發(fā)現(xiàn)剪切變形和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的考慮會(huì)使禁帶頻率降低，并分析討論了梁幾何物理參數(shù)對(duì)禁帶頻率的影響。利用聲子晶體的禁帶原理，在無(wú)限梁上周期性配置動(dòng)力吸振器來(lái)阻止彎曲振動(dòng)的傳播，討論了動(dòng)力吸振器和梁參數(shù)等對(duì)禁帶頻率的影響。有限元仿真

5、計(jì)算表明，禁帶頻率內(nèi)的有限梁結(jié)構(gòu)對(duì)彎曲振動(dòng)也有很好的抑制作用。
　　 (5)用波傳播法導(dǎo)出了平面波垂直入射時(shí)一維層狀聲子晶體禁帶特性的計(jì)算方法，探討了構(gòu)建聲子晶體型周期組合板結(jié)構(gòu)用于阻斷人體敏感噪聲譜的可行性。
　　 分析計(jì)算了由多層鉛/軟橡膠和鋼/丁腈橡膠聲子晶體構(gòu)成的組合板結(jié)構(gòu)的隔聲性能。
　　 討論了層數(shù)、組合方式等對(duì)隔聲性能的影響。發(fā)現(xiàn)通過(guò)參數(shù)的合理調(diào)制和搭配，多組聲子晶體組合板結(jié)構(gòu)能夠降低起始頻率和提高

6、禁帶寬度。
　　 (6)基于Flügge 殼體理論，采用波傳播法對(duì)兩種不同材料組成的周期性復(fù)合管道的禁帶特性進(jìn)行了研究，在不同周向模態(tài)下均發(fā)現(xiàn)了禁帶頻率。分析討論了彈性模量比、密度比、晶格常數(shù)和管厚等對(duì)禁帶頻率的影響。結(jié)果表明，通過(guò)參數(shù)的合理調(diào)制，設(shè)計(jì)一種能夠隔阻振動(dòng)的周期性復(fù)合管道結(jié)構(gòu)是可行的。
　　 本文研究成果有助于將聲子晶體這一概念和原理應(yīng)用到振動(dòng)噪聲控制中；所構(gòu)建的若干聲子晶體型周期復(fù)合結(jié)構(gòu)及對(duì)其禁帶特性的分析