椭圆柱型声子晶体板中的弹性波传播特性

发布时间：2017-07-19 16:16

  本文关键词：椭圆柱型声子晶体板中的弹性波传播特性

  更多相关文章： 声子晶体 禁带 兰姆波 椭圆 平面波展开法 有限元法

【摘要】：机械振动不但有害于机械设备的工作精度与可靠性，同时会降低机械设备的使用寿命，一直是机械工程领域迫切需要解决的问题。人工周期性结构材料声子晶体所拥有的弹性波禁带特性为这一问题的解决提供了新的思路。同时声子晶体拥有的缺陷态，负折射，声聚焦，声二极管等特殊的性质在降噪材料，特殊声功能器件等方面拥有巨大的潜在应用价值。近年来兰姆波在声子晶体中的传播引起了许多相关科研工作者的广泛兴趣，与体波声子晶体不同的是兰姆波声子晶体能够将弹性波的能量完全局域在板的上下自由表面之间，从而极大地降低了弹性波在传播过程中能量的损耗。传统的声子晶体研究中的散射体大多为圆形，正方形等形状，为了探讨其他形状对能带结构的影响我们使用了椭圆形散射体，通过改变相关的参数发现能获得更宽和更低频的带隙。本文分别使用了平面波展开法与有限元法研究了布拉格散射型和局域共振型声子晶体，力图为设计制备宽带隙与低频率性能良好的声子晶体提供理论指导。 (1)使用经典的平面波展开法研究了兰姆波在布拉格散射型椭圆柱声子晶体的能带结构。通过和圆形散射体在相同的条件下对比发现椭圆型声子晶体能产生更宽的带隙；同时分别研究了椭圆的填充率，短轴与长轴的比值，旋转角度，真空，PC板以及底板的厚度对能带的影响，通过设计合理的参数能获得更宽的带隙，这为设计宽带隙声子晶体提供了借鉴。 (2)使用有限元法研究了兰姆波在局域共振型椭圆柱声子晶体的能带结构。通过改变椭圆柱的高度，填充率，短轴与长轴的比值，旋转角度等参数发现椭圆柱的高度对能带的影响最大，带隙的宽度与填充率成正比关系，，短轴与长轴的比值对带隙的影响很小，但填充率和短轴与长轴的比值对带隙的下边界的频率都没什么影响，依然由局域共振的特性所决定。
【关键词】：声子晶体 禁带 兰姆波 椭圆 平面波展开法 有限元法
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH113.1;O735
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 光子晶体10-11
• 1.3 声子晶体的概念11-12
• 1.4 声子晶体的特性及应用12-16
• 1.4.1 声子晶体禁带特性及应用12-13
• 1.4.2 声子晶体的缺陷态特性及应用13
• 1.4.3 声子晶体的负折射与声聚焦特性及应用13-14
• 1.4.4 声二极管及应用14-15
• 1.4.5 声子晶体的其它特性及应用15-16
• 1.5 声子晶体的研究展望16-18
• 1.5.1 在类比光子晶体的性质方面16
• 1.5.2 在局域态的研究方面16-17
• 1.5.3 在研究对象方面17
• 1.5.4 在理论研究方面17-18
• 1.5.5 在样品的制备方面18
• 1.6 本论文研究的主要内容18-20
• 第2章 声子晶体理论基础20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 声子晶体的弹性力学理论20-25
• 2.2.1 固体的基本弹性性质20-21
• 2.2.2 广义胡克定律21-23
• 2.2.3 理想声子晶体的理论模型23-25
• 2.3 声子晶体的晶体学基础25-27
• 2.3.1 晶格25
• 2.3.2 布里渊区25-27
• 2.4 经典平面波展开法27-31
• 2.4.1 平面波展开法的基本理论27-30
• 2.4.2 结构函数30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 基于布拉格散射机理的椭圆柱声子晶体能带结构研究32-47
• 3.1 引言32
• 3.2 兰姆(Lamb)波概述32-34
• 3.3 椭圆柱声子晶体模型34-35
• 3.4 椭圆柱声子晶体理论推导35-37
• 3.5 计算结果与分析37-46
• 3.5.1 椭圆短轴与长轴的比值对能带的影响39-41
• 3.5.2 椭圆的旋转角度 对能带的影响41-42
• 3.5.3 真空的厚度对能带的影响42-43
• 3.5.4 PC 板的厚度对能带结构的影响43-44
• 3.5.5 底板的厚度对带隙的影响44-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第4章 基于局域共振机理的椭圆柱声子晶体板能带结构研究47-54
• 4.1 引言47
• 4.2 椭圆柱型声子晶体的理论模型和有限元法47-49
• 4.2.1 椭圆柱声子晶体的理论模型47-48
• 4.2.2 有限元法与 COMSOL Multiphysics 软件简介48-49
• 4.3 椭圆柱型声子晶体的能带分析49-53
• 4.3.1 椭圆柱高度对能带的影响和模态分析49-50
• 4.3.2 填充率对能带的影响50-51
• 4.3.3 椭圆柱的短轴与长轴比对能带的影响51-52
• 4.3.4 椭圆柱的旋转角度对能带的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 结论与展望54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 附录A(攻读学位期间学术论文发表情况)62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 钱斯文,杨盛良,赵恂;新型光学/声学带隙材料研究进展[J];材料科学与工程学报;2004年03期

2 黄飞;何锃;;椭圆柱体二维液态声子晶体声波禁带的研究[J];动力学与控制学报;2005年04期

3 胡家光;张晋;;椭圆柱三角晶格固态声子晶体的带隙结构[J];功能材料;2008年03期

4 黄飞;何锃;;二维声子晶体的弹性波禁带及其影响因素[J];华中科技大学学报(自然科学版);2006年10期

5 王刚,温激鸿,温熙森,郁殿龙,刘耀宗;细直梁弯曲振动中的局域共振带隙[J];机械工程学报;2005年10期

6 郁殿龙;刘耀宗;王刚;温激鸿;邱静;;二维声子晶体薄板的振动特性[J];机械工程学报;2006年02期

7 王刚,温激鸿,韩小云,赵宏刚;二维声子晶体带隙计算中的时域有限差分方法[J];物理学报;2003年08期

本文编号：563733