新型二维压电声子晶体板缺陷态及振动能量回收研究

发布时间：2021-11-22 19:13

　　声子晶体作为一种结构独特的人工周期性复合材料,对弹性波的传播具有多种调控特性,因此在声波导、便携式设备和无线传感器等领域具有广阔的潜在应用前景。本文围绕具有机电耦合效应的压电声子晶体开展研究,设计了一种由包裹有机玻璃涂层的四棱柱形压电材料按正方形晶格周期性连接在四个环氧树脂短板上构成的新型二维压电声子晶体板,利用超元胞法结合有限元方法计算了不同电边界条件下声子晶体板的能带结构和传输损失;通过研究声子晶体板的振动位移矢量场,分析了声子晶体的振动模态;结合仿真结果,分析了带隙形成机理,从而优化声子晶体的几何结构;引入点缺陷,外接整流电路实现振动能量回收;引入线缺陷,实现具有可调谐路径的复合波导。主要研究成果如下:基于点缺陷的振动能量回收研究,设计了一种1×5新型二维压电声子晶体板,并利用超元胞法结合有限元方法分别计算了完美声和缺陷声子晶体板的能带结构和传输损失。通过改变施加在压电散射体上下表面的电边界条件,形成点缺陷波导,以限制弹性波能量流,该声子晶体板克服了材料参数和结构参数已确定的情况下振动波导方向不可变的局限性。压电效应有利于完全带隙的扩大,当缺陷态的频率出现在带隙内时,缺陷态响应频... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：46 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各种声子晶体的典型结构示意图

兰州交通大学硕士学位论文-3-异性材料的晶向，以达到控制带隙的目的；Zhao[16]利用平面波展开法，计算了钢为散射体、空气为基体的二维声子晶体板带隙的影响因素，研究表明晶格常数对能带结构的变化有明显影响。图1.2西班牙马德里广场上的雕塑图1.3局域共振型声子晶体2000年，Liu等[17]在研究用粘弹性软材料包覆后的铅球组成简单立方晶格结构埋在环氧树脂中形成的三维声子晶体时，如图1.3所示，理论和实验均发现，声子晶体的晶格常数的尺度远小于能带结构对应的波长。局域共振声子晶体带隙的形成与散射体的固

兰州交通大学硕士学位论文-7-2压电声子晶体能量回收机理2.1引言声能是环境中普遍存在的一种能量形式，它具有获取方便、价格低廉的优点，但也存在能量密度低、获取困难的缺点。目前，良好的能量吸收和利用的常用方法是将声波的能量转化为机械振动的形式由不同的声学结构，然后利用压电材料的正压电效应来回收和利用能源，如亥姆霍兹共振腔、驻波管和声子晶体。2.2压电效应固体材料根据其对外界电场的响应方式可分为两种：导电材料和电介质材料。当一个力按一定方向作用于介电材料时，材料存在的正电荷中心将产生相对位移和电极化。当力作用时，表面电荷符号将会改变，这种现象被称为正压电效应，其表示压电材料将机械能转化为电能，如图2.1（a）所示。(a)(b)图2.1压电效应示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]新型二维压电声子晶体板带隙可调性研究[J]. 廖涛,孙小伟,宋婷,田俊红,康太凤,孙伟彬.  物理学报. 2018(21)
[2]用于汽车低频振动控制的局域共振声子晶体[J]. 麻乘榕,邵晨,万庆冕,王晓娜,程营,刘晓峻.  应用声学. 2018(01)
[3]二维固-固Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动特性的研究[J]. 赵元年,孙小伟,廖涛,康太凤,李正伟.  西北师范大学学报(自然科学版). 2017(04)
[4]分析材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响[J]. 李正伟,周珺.  甘肃科技纵横. 2016(04)
[5]螺旋局域共振单元声子晶体板结构的低频振动带隙特性研究[J]. 吴九汇,张思文,沈礼.  机械工程学报. 2013(10)
[6]声波在二维固/流声子晶体中的禁带特性研究[J]. 高国钦,马守林,金峰,金东范,卢天健.  物理学报. 2010(01)
[7]单元结构尺寸对不锈钢/空气二维声子晶体声波禁带的影响[J]. 赵宏刚,刘耀宗,温激鸿,韩小云.  功能材料. 2004(06)

博士论文
[1]声子晶体带隙调控的数值与实验研究[D]. 李建宝.北京交通大学 2011

硕士论文
[1]可调声子晶体带隙研究[D]. 谢雅卓.南京大学 2014



本文编号：3512292