人工复合结构对弹性波的超常调控及其应用设计

发布时间：2021-09-07 04:16

　　近几十年来,人工复合结构由于其独特的声学性质而受到人们的广泛关注。对人工复合结构早期的研究主要集中于声子晶体（Sonic Crystals）,它可以实现对声波/弹性波的超控。通过对能带结构的分析,可以方便地研究声子晶体的声学特性。因此,许多具有不同功能的声子晶体结构都是通过调节能带来实现的。随着对声子晶体的深入研究,由局域共振型声子晶体发展而来的声超常材料（Sonic Metamaterials）,也成为了关注焦点。相比于传统声子晶体,它可以实现亚波长尺寸的声超控。然而,无论声子晶体还是声超常材料,一旦设计和制造出来以后,其声学特性是固定不变的,这极大地限制了与之相关的设计应用。而压电复合结构的声学特性可以通过外接分流电路来调控。因此,压电复合结构的声学特性具有很好的可调性。近年来,相关的研究工作层出不穷。本论文设计了一种功能性材料和三种应用结构/器件,用来实现对弹性波的超常调控或测量分析。包括三负声超常材料、基于声子晶体波导管模式转换的弹性波单向传输结构、基于单向传输结构的弹性波偏振敏感型器件和基于压电分流电路的可调声阻抗匹配层。第二章中,我们设计了具有多种局域共振的三负声超常材料。... 

【文章来源】：吉首大学湖南省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

左边为一维声子晶体；中间为二维声子晶体；右边为三维声子晶体早期对声子晶体的研究集中在带隙的控制[12-15]

图 1.2 (a)为静电平衡状态下的压电陶瓷块；(b)和(c)分别显示了处于静电平衡状态下的压电陶瓷块受到外力和外电场作用时，几何参数和电学性质的变化图 1.2(a)为带电极（上、下表面）、且极化过的压电陶瓷块，黑色箭头表示极化方向，正、负符号表示电荷。极化过的压电陶瓷相当于一个大电畴，用实线框内正、负电荷表示，其数量对应着电畴的大小。此时，压电陶瓷块吸附了一部分电极上的自由电荷，而达到静电平衡状态。即，无外力或外电场作用时，极化过后的压电陶瓷仍然显电中性。当受到外力作用时，如图 1.2(b)所示。压电陶瓷块产生形变，虚线框表示原来处于静电平衡时的形状，实线框表示变形后的陶瓷块。可以观察到，极化方向的厚度变薄，导致电畴变短，即电畴的极化变弱。因此，对电极上电荷的吸附能力变弱。这就意味着以前被吸附着的电荷变成了自由电荷（蓝色椭圆框中的电荷变成了自由电荷），产生了电。即，把机械能转化为电能，我们称其为正压电效应。当受到外电场作用时，如图 1.2(c)所示。同样，虚线框表示原来的状态，实线框表示受到电场作用后的陶瓷块。显然，此时的电场可以加强压电陶瓷块的极化强度。极化强度改变的同时，伴随着应变的产生。因此，导致了压电陶瓷块的

第 2 章 三负声超常材料设计色 ， 无 物 质 填 充 ）， 边 长 为 w 。 泡 沫 的 材 料 参 数 为 ：3 115 kg / m，6 20 6 10 N / m，6 20 3 10 N / m。钨柱的材料参数为：3 19300 kg / m，11 2 1.974 10 N / m，11 2 1.513 10 N/ m。其中， 和 为拉梅常数（Lameconstants）， 为质量密度。该模型之所以选泡沫为基体、钨为散射体，是因为它们的质量密度和其它声学性质差异较大，这样更容易产生剧烈的局域共振。四根钨柱可以加强四极共振，其关于中心对称，更有利于单、偶极共振的产生。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3388824