【摘要】：聲子晶體是具有經(jīng)典波或聲子帶隙的人工周期分布的介質(zhì)結(jié)構(gòu)或材料,由于周期性結(jié)構(gòu)與彈性波的互相作用,在一定頻率范圍內(nèi)的彈性波才能通過,而其它頻率范圍的彈性波無法在聲子晶體中傳播。為了控制彈性波的傳播范圍和方向,利用半導(dǎo)體的摻雜原理,在聲子晶體中引入缺陷實現(xiàn)。因此,通過調(diào)節(jié)周期性結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)或者幾何結(jié)構(gòu),就可以人為調(diào)控帶隙的寬度、位置以及對波傳播的抑制能力,這為傳統(tǒng)機械工程結(jié)構(gòu)的減振降噪提供了一種新的思路,即將機械裝備和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計成為人工周期結(jié)構(gòu),使其具有帶隙特性,利用帶隙特性抑制周期結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播,從而達到減振降噪的目的。本學(xué)位論文在介紹聲子晶體基本概念、研究現(xiàn)狀、聲學(xué)特征的表征、能帶結(jié)構(gòu)的計算方法以及在有限元軟件中不同的模塊下能帶計算方法的基礎(chǔ)上,研究了幾何形狀和材料兩個方面對聲子晶體帶隙及缺陷態(tài)的影響,主要內(nèi)容有:利用有限元法研究了二維固-固聲子晶體在超晶格下改變中心散射體的幾何結(jié)構(gòu)對缺陷態(tài)的影響。論文分析了中心散射體的幾何結(jié)構(gòu)的對稱與非對稱、橢圓形散射體的半長軸與半短軸的比、長方形散射體的長寬比對二維固-固聲子晶體的缺陷頻帶、透射譜等特性的影響。通過計算發(fā)現(xiàn)中心散射體的幾何形狀為橢圓形時,橢圓的半短軸與半長軸之比越小缺陷頻率向帶隙中心移動;中心散射體的幾何形狀為長方形時,寬與長的比值越小,缺陷頻率也向帶隙中心移動;當(dāng)中心散射體的幾何形狀為正多邊形時,隨著邊數(shù)的增多,形狀越接近于圓柱形散射體,將越不會出現(xiàn)缺陷;中心散射體的幾何形狀與其它散射體差異越大時,越容易出現(xiàn)缺陷頻率,但高度對稱時不會出現(xiàn);當(dāng)中心散射體的幾何形狀帶有弧度時,容易出現(xiàn)缺陷頻率,且振動局域在缺陷散射體弧面與相鄰散射體之間。利用有限元法研究了在超晶格下材料參數(shù)對二維聲子晶體薄板彎曲振動缺陷態(tài)的影響。將中心散射體的材料換為其它材料,研究它們對缺陷態(tài)影響,另外通過只改變材料參數(shù)中的密度和楊氏模量計算它們對缺陷態(tài)的影響,計算結(jié)果表明:當(dāng)中心散射體的彈性常數(shù)與其它散射體相同,而密度不同時,會產(chǎn)生缺陷頻帶,隨著密度由小到大,產(chǎn)生的缺陷頻帶數(shù)量不同;缺陷頻帶隨著密度的增大而向帶隙的下邊緣移動;并且有些缺陷頻帶隨著密度的增大逐漸消失;當(dāng)中心散射體的楊氏模量與其它散射體不同,密度和剪切模量相同,兩者楊氏模量差異較小時,不會產(chǎn)生缺陷;隨著中心散射體楊氏模量逐漸變小,帶隙的上邊緣會出現(xiàn)一條缺陷頻帶,并且缺陷頻帶逐漸向帶隙下邊緣移動。當(dāng)中心散射楊氏模量與其它散射體楊氏模量相差四個數(shù)量級以上時,缺陷頻帶不再移動。論文研究聲子晶體的缺陷、彈性波的局域化現(xiàn)象在可調(diào)諧聲濾波器等聲學(xué)器件的制備以及對精密儀器儀表的減振降噪具有一定的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

一維、二維和三維聲子晶體結(jié)構(gòu)圖

(a)西班牙馬德里的EusebioSempere雕塑；(b)測量得到的聲衰減[30]
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：O735

【參考文獻】

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本文編號：2579284