一維近周期聲子晶體板帶隙特性研究.pdf

1、聲子晶體(PNC)一般指人工的周期性結(jié)構(gòu)和具有聲波帶隙特征的功能材料。聲子晶體的本質(zhì)特征是它的聲子帶隙，聲子帶隙在聲濾波器、波導(dǎo)、噪音抑制和傳感器等方面有著潛在的工程應(yīng)用。實(shí)際的結(jié)構(gòu)往往與理想周期結(jié)構(gòu)存在著一定的偏差，我們稱這些結(jié)構(gòu)為近周期結(jié)構(gòu)。本文主要研究一維具有缺陷、準(zhǔn)周期排列和隨機(jī)失諧的三種近周期結(jié)構(gòu)。研究近周期結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播問題的重要性是不言而喻的，一方面在實(shí)際應(yīng)用中，由于加工制造存在誤差，不可能做到嚴(yán)格的周期性，另一方面近

2、周期結(jié)構(gòu)比周期結(jié)構(gòu)具有更多的可調(diào)節(jié)參數(shù)，可以更靈活的調(diào)控彈性波的傳播行為和頻帶特征。
　　另外，在實(shí)際應(yīng)用中聲子晶體不可能是無限大的，它往往存在邊界，因此研究關(guān)于彈性波在有界聲子晶體中的傳播變得非常有必要，例如聲子晶體板中蘭姆波的傳播問題。蘭姆波在無損檢測(cè)中表現(xiàn)出巨大的潛力，成為在線檢測(cè)板狀構(gòu)件的有力手段，蘭姆波型聲子晶體也自然得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文研究了以下一維近周期聲子晶體板中蘭姆波傳播的若干問題:
　　1.利

3、用有限元軟件COMSOL Multiphysics結(jié)合超元胞法計(jì)算了一維具有缺陷和隨機(jī)失諧的聲子晶體板的頻帶結(jié)構(gòu)。缺陷我們主要考慮子層尺寸改變引起的點(diǎn)缺陷和子層材料種類的改變引起的點(diǎn)缺陷;失諧主要考慮子層厚度、子層材料彈性模量以及密度的隨機(jī)失諧三種情況。結(jié)果表明，隨機(jī)失諧會(huì)產(chǎn)生禁帶分裂現(xiàn)象，材料尺寸隨機(jī)失諧比材料參數(shù)隨機(jī)失諧產(chǎn)生的局域模態(tài)豐富。此外，失諧比點(diǎn)缺陷具有更豐富的局域模態(tài)。
　　2.利用有限元軟件COMSOL Multi

4、physics結(jié)合超元胞法計(jì)算了一維Fibonacci準(zhǔn)周期聲子晶體板的頻帶結(jié)構(gòu)和透射譜，通過模態(tài)圖和位移矢量圖進(jìn)行了蘭姆波的模態(tài)分析;討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)（組分材料體積比和板厚與晶格常數(shù)比）和材料參數(shù)（彈性模量比和密度比）對(duì)蘭姆波禁帶的影響;分析了不同準(zhǔn)周期排列(Fibonacci、Cantor和Thue-Morse序列)對(duì)蘭姆波頻帶結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)可以改變最大禁帶的寬度以及中心頻率的位置;可以通過調(diào)節(jié)板厚與