一种五零能模式材料的声学特性及单胞结构参数分析

发布时间：2017-06-22 11:09

  本文关键词：一种五零能模式材料的声学特性及单胞结构参数分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超材料是新兴材料领域的研究热点之一,在国防技术、航天航空、新能源技术等领域具有广泛的应用前景。五零能模式材料作为一种新型的人工超材料,其弹性模量矩阵的特征值有五个为零或者极小,使得该材料的体积模量远大于剪切模量,弹性性能类似于流体。五零能模式材料在控制波传播如制作声隐身斗篷、声透镜等方面具有巨大的潜力,因此受到科研人员的广泛关注。五零能模式材料的声学特性研究是该材料研究内容的重要组成部分,目前有许多成熟的方法可用于研究周期性结构的声学特性,包括平面波展开法、多重散射法、有限元法等。本文主要采用有限元法计算五零能模式材料的声学特性。本文首先详细介绍了准静态分析的均匀化方法以及动态分析的频散特性方法,并分别利用这两种方法研究了五零能模式材料的声学特性。其次,通过大量的数值算例分析总结了单胞结构参数对这种五零能模式材料波速的影响规律。然后为了设计各向异性五零能模式材料,本文给出了单胞结构参数调整的三种方案,根据不同方案的参数调整对材料正交方向膨胀波速比的影响,探讨了不同调整方案获得材料各向异性声学特性的能力。结果表明调整单胞结构内部立方体构型形状比的方法效果最好,不仅正交方向膨胀波速比调节范围宽,而且在调节范围内波速比与形状比成正比。最后,对比了两种材料参数在同一结构参数下的单胞的波速和波速比,结果表明材料参数的变化只影响五零能模式材料的波速,并不影响该材料的波速比及单胞调整方式对五零能模式材料各项异性的调节能力。
【关键词】：超材料 五零能模式材料 有限元法 声学特性 结构参数
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB303
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 超材料研究现状9-11
• 1.2.1 电磁超材料10
• 1.2.2 声学超材料10
• 1.2.3 弹性力学超材料10-11
• 1.2.4 热学超材料11
• 1.3 五零能模式材料的研究现状11-13
• 1.4 本文研究的主要内容13-15
• 2 周期结构静态参数计算方法15-21
• 2.1 渐进均匀化方法15-17
• 2.2 周期性边界条件17-18
• 2.3 渐进均匀化的实现18-19
• 2.4 数值算例19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 周期结构的声学特性计算方法21-32
• 3.1 频散关系的计算方法21-22
• 3.2 相关基础理论及有限元法22-27
• 3.2.1 晶格理论22-24
• 3.2.2 Floquent-Bloch理论24-25
• 3.2.3 有限元法25-27
• 3.3 基于COMSOL Multiphysics的有限元法的实现27-31
• 3.3.1 COMSOL Multiphysics简介27-28
• 3.3.2 COMSOL Multiphysics分析流程28-29
• 3.3.3 数值算例29-31
• 3.4 本章小结31-32
• 4 正交各向同性单胞结构参数对五零能模式材料波速的影响32-44
• 4.1 零能模式单胞模型及其结构参数32
• 4.2 五零能模式实体单胞波速计算32-36
• 4.2.1 周期性边界条件33-34
• 4.2.2 计算结果34-36
• 4.3 单胞结构参数对波速的影响36-43
• 4.3.1 杆圆台尺寸对波速的影响36
• 4.3.2 内部和边界杆圆台尺寸对波速的影响36-38
• 4.3.3 圆台长度h_1对波速的影响38-40
• 4.3.4 单胞内立方体边长对波速的影响40-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 各向异性单胞的结构参数对五零能模式材料波速的影响44-52
• 5.1 杆的圆台尺寸不同对波速的影响44-46
• 5.1.1 圆台大端直径D_z对波速的影响45-46
• 5.1.2 圆台小端直径d_z对波速的影响46
• 5.2 单胞形状比R对波速的影响46-50
• 5.3 单胞内立方体形心位置对波速的影响50-51
• 5.3.1 位置参数p_z对波速的影响50
• 5.3.2 位置参数p_(xyz)对波速的影响50-51
• 5.4 本章小结51-52
• 6 材料参数对五零能模式材料波速的影响52-55
• 6.1 圆台尺寸对各向同性五零能模式材料波速的影响52-53
• 6.2 形状比对各向异性五零能模式材料波速的影响53-54
• 6.3 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-60
• 附录A 渐进均匀化在ANSYS上的实现60-62
• 附录B 有限单元法在COMSOL Multiphysics上的实现62-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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本文编号：471611