关于一维超材料梁的带隙调控研究

发布时间：2021-03-07 21:15

　　声子晶体/超材料所具有的带隙特性可以抑制弹性波在带隙频率内的传播,因此声子晶体/超材料可以被应用于结构振动的抑制。近年来,为了使结构带隙可以适应不同的环境频率,设计出具有带隙可调控的超材料结构成为了许多学者的研究目标。在本论文中,我们设计了形状记忆合金振子以及耦合双梁振子结构,结合光纤光栅测量技术,对一维超材料梁带隙的调控进行了深入的理论与实验研究。主要研究内容如下:（1）我们推导了基于集中质量的布拉格带隙宽度公式,并以此作为设计基础,在单程形状记忆合金主梁上周期性布置钢珠,构造产生布拉格带隙。通过对主梁温度场的改变来进行主梁杨氏模量的控制,实现了布拉格带隙的调控。此外,利用形状记忆合金杨氏模量可变的特性,通过改变结构某一部位的杨氏模量可以实现“缺陷位置”的构造,产生缺陷态频率,在缺陷态频率下,“缺陷位置”处的应变量会远大于其它部位,在此位置进行能量的采集具有一定的效果。（2）基于双程形状记忆合金的形状变化特性,我们设计了带隙可调控超材料梁。对于梁式局域振子,当其形状弯曲时,共振频率也将相应产生改变,从而使得局域振子所产生的局域共振带隙相应发生改变。与此同时,局域共振带隙的宽度与振子的... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：122 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）马德里“流动的旋律”雕塑；（b）声波带隙测试结果[18]

浙江大学硕士学位论文绪论2图1.2局域共振型超材料结构及传输特性[19]布拉格散射机理以及局域共振机理给弹性超材料的研究注入了强大的活力，一直到现在，基于两种机理的超材料研究方兴未艾[20-24]。王刚和Hirsekorn等[20,21]对局域共振型超材料进行了等效研究，将元胞等效为由“弹簧-质量”组成的参数系统，并基于这样的等效简化了实体系统的带隙分析（能带结构以及位移传递率曲线），故此超材料的结构不仅仅局限在图1.2所示的包覆结构，也能通过类“弹簧-质量”振子实现。温激鸿等[22]对梁式振子超材料结构进行了研究，如图1.3所示，他们通过谱元法理论（SpectralElementMethod/SEM）所得到的数值解与实验结果具有良好的一致性。图1.3（a）局域共振型梁模型；（b）物理简化模型[22]弹性超材料所存在的带隙特性可以使带隙频率范围内的弹性波传播被有效抑制，因而将超材料结构应用到工程结构中，就可以通过带隙特性实现基体结构的减振，这对于机械结构的减振设计具有重要意义，然而不论是布拉格散射型超材料还是局域共振型超材料都存在着一定的局限性。基于布拉格散射机理的超材

浙江大学硕士学位论文绪论2图1.2局域共振型超材料结构及传输特性[19]布拉格散射机理以及局域共振机理给弹性超材料的研究注入了强大的活力，一直到现在，基于两种机理的超材料研究方兴未艾[20-24]。王刚和Hirsekorn等[20,21]对局域共振型超材料进行了等效研究，将元胞等效为由“弹簧-质量”组成的参数系统，并基于这样的等效简化了实体系统的带隙分析（能带结构以及位移传递率曲线），故此超材料的结构不仅仅局限在图1.2所示的包覆结构，也能通过类“弹簧-质量”振子实现。温激鸿等[22]对梁式振子超材料结构进行了研究，如图1.3所示，他们通过谱元法理论（SpectralElementMethod/SEM）所得到的数值解与实验结果具有良好的一致性。图1.3（a）局域共振型梁模型；（b）物理简化模型[22]弹性超材料所存在的带隙特性可以使带隙频率范围内的弹性波传播被有效抑制，因而将超材料结构应用到工程结构中，就可以通过带隙特性实现基体结构的减振，这对于机械结构的减振设计具有重要意义，然而不论是布拉格散射型超材料还是局域共振型超材料都存在着一定的局限性。基于布拉格散射机理的超材

【参考文献】：
博士论文
[1]声子晶体局域共振带隙机理及减振特性研究[D]. 王刚.国防科学技术大学 2005



本文编号：3069815