人工周期梁结构缺陷模式的动态特性及应用

发布时间：2017-10-13 14:53

  本文关键词：人工周期梁结构缺陷模式的动态特性及应用

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【摘要】：近年来,人们对弹性波在声子晶体或弹性超材料等人工周期结构中的传播进行了深入的研究。由于带隙的存在,人工周期结构中的弹性波传播行为表现出特殊的性质：带隙频率范围内的弹性波传播被抑制；存在缺陷时,弹性波局域在缺陷内或只沿缺陷方向传播,这使得弹性波传播的调控成为可能。本文围绕人工周期结构中的弹性波传播动态特性的相关理论与实验技术问题,运用理论、仿真、实验相结合的研究方法,对声子晶体梁和弹性超材料梁的缺陷模式展开了系统深入的研究,并对其在损伤监测领域、弹性波单向传输方面的应用进行了有益的探索,主要研究内容包括：(1)运用传递矩阵法计算了声子晶体梁与弹性超材料梁的能带结构,通过改变散射体的材料参数,引入不同的缺陷模式,并分析其对能带结构的影响。(2)研究声子晶体的带隙特性,深入探讨了不同声子晶体缺陷模式的情况并分析缺陷模式的影响因素,总结了各种因素对带隙的影响规律,并提出将声子晶体的缺陷态应用于结构的损伤监测。(3)阐述弹性超材料的带隙机理,以及从能带结构、传输特性、位移场分布三个方面研究了共振子的共振特性及几何间距造成的弹性超材料的缺陷模式。利用弹性超材料的缺陷模式,设计渐变弹簧刚度实现了弹性波的单向传输。(4)通过实验来研究人工周期结构的缺陷模式动态特性,设计了声子晶体与弹性超材料梁状结构,通过高灵敏度的光纤光栅位移传感系统的架设,从稳态与瞬态角度,揭示了弹性波在含缺陷人工周期结构中的传播行为。总之,本文基于声子晶体和弹性超材料缺陷模式的动态特性,通过理论分析、有限元仿真和波传播实验研究,深化了对人工周期结构的认识,揭示了不同缺陷模式的影响规律。本文的研究成果,对推动人工周期结构的理论研究和在声学器件、损伤监测领域中的应用具有重要的工程价值。
【关键词】：声子晶体 弹性超材料 缺陷态 光纤光栅
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O735;TB34
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 声子晶体11-15
• 1.2.1 声子晶体的基本概念11-12
• 1.2.2 声子晶体的带隙机理12-13
• 1.2.3 声子晶体的带隙计算方法13-14
• 1.2.4 声子晶体的缺陷态特性研究14-15
• 1.3 弹性超材料15-17
• 1.3.1 弹性超材料的基本概念15
• 1.3.2 弹性超材料的研究概况15-17
• 1.4 本文研究方法与研究内容17-18
• 第2章 人工周期结构基本理论18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 梁中的Bloch弹性波18-19
• 2.3 声子晶体传递矩阵法19-24
• 2.4 弹性超材料传递矩阵法24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 声子晶体缺陷模式的动态特性及应用28-39
• 3.1 引言28
• 3.2 声子晶体的带隙特性28-30
• 3.2.1 能带结构计算28-29
• 3.2.2 传输特性计算29-30
• 3.3 声子晶体缺陷模式分析30-36
• 3.3.1 不同的掺杂材料对缺陷态的影响30-32
• 3.3.2 不同大小的缺陷对缺陷态的影响32-34
• 3.3.3 不同位置的缺陷对缺陷态的影响34-36
• 3.4 声子晶体缺陷模式的应用36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 弹性超材料缺陷模式的动态特性及应用39-49
• 4.1 引言39
• 4.2 弹性超材料的动态特性39-41
• 4.2.1 弹性超材料带隙特性39-40
• 4.2.2 弹性超材料振动模式分析40-41
• 4.3 弹性超材料缺陷模式分析41-45
• 4.3.1 共振特性改变引起的缺陷41-43
• 4.3.2 几何间距改变引起的缺陷43-45
• 4.4 弹性超材料缺陷模式的应用45-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 实验49-67
• 5.1 引言49
• 5.2 光纤光栅传感系统49-51
• 5.2.1 光纤光栅传感原理49-50
• 5.2.2 实验架设50-51
• 5.3 声子晶体动态特性实验51-62
• 5.3.1 有机玻璃材料参数的测量51-53
• 5.3.2 声子晶体稳态特性53-59
• 5.3.3 声子晶体瞬态特性59-62
• 5.4 弹性超材料动态特性实验62-65
• 5.5 本章小结65-67
• 第6章 总结与展望67-69
• 6.1 总结67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 舒海生;张法;余豪华;刘少刚;;一类局域共振型声子晶体梁的带隙分析[J];哈尔滨工程大学学报;2011年09期

2 刘启能;;研究一维掺杂声子晶体缺陷模的解析方法[J];物理学报;2011年04期

3 郁殿龙,刘耀宗,邱静,王刚,温激鸿,赵宏刚;一维声子晶体振动特性与仿真[J];振动与冲击;2005年02期

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本文编号：1025467