聲子晶體減振性能研究與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、聲子晶體結(jié)構(gòu)是一種由單胞在空間中周期排布形成的結(jié)構(gòu)。聲子晶體具有帶隙特性，即存在某個(gè)頻率范圍，頻率在該范圍內(nèi)的彈性波不能通過聲子晶體而繼續(xù)傳播，而在該頻率范圍外的彈性波可以通過聲子晶體。相應(yīng)的頻率范圍就稱為帶隙。聲子晶體的這種帶隙特性使其在減振方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文首先對工程中常見的圓管和夾層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使其具有帶隙特性。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)圓管型局域共振聲子晶體三維振動(dòng)形式具有較低較寬的帶隙。中間層材料彈性模量及散射體

2、密度對于單胞帶隙特性影響最為顯著。中間層材料彈性模量很小或很大，或散射體密度很小，都不利于單胞帶產(chǎn)生隙;散射體密度足夠大時(shí)，相對帶隙隨中間層彈性模量的增大而先變大后變小。對于夾芯板類結(jié)構(gòu)，附加在點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)腹桿上的包裹層以及四邊形蜂窩芯材內(nèi)部的金屬塊成為相應(yīng)單胞的散射體，改變了結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播方式，從而使相應(yīng)夾層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了帶隙特性。
　　本文還研究了珍珠層復(fù)合堆疊材料的能帶特性，發(fā)現(xiàn)其具有較寬較低的帶隙頻率。此材料（二維）可以產(chǎn)生很

3、寬的彈性波頻率衰減區(qū)，這和其豐富的帶隙結(jié)構(gòu)有關(guān)，其帶隙結(jié)構(gòu)較高階的頻散曲線會(huì)出現(xiàn)多條平直帶，從而出現(xiàn)多個(gè)較連續(xù)的帶隙。由此得到啟發(fā)，本文設(shè)計(jì)了一種具有良好帶隙特性的層疊式方柱型聲子晶體單胞，可以大幅衰減振動(dòng)頻率在帶隙范圍內(nèi)的彈性波，減振效果顯著。聲子晶體結(jié)構(gòu)中影響帶隙特性的設(shè)計(jì)參數(shù)主要是外層材料密度以及中間層材料彈性模量。一周期聲子晶體結(jié)構(gòu)具有良好減振特性，減振效果隨著周期數(shù)的增加愈加明顯。
　　本文最后為了對二維聲子晶體單胞進(jìn)行

4、拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，分別用移動(dòng)漸近線方法(MMA)和遺傳算法(GA)及兩種方法相結(jié)合的方法求解了其拓?fù)鋬?yōu)化問題。兩種算法相結(jié)合的求解策略可以避免初始解選取問題并提高計(jì)算效率;材料填充率、填充材料聚集程度及對稱性是單胞帶隙形成的決定性因素。較大的相對彈性模量和相對密度使最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)型具有較大的帶隙寬度，較小的相對彈性模量和較大的相對密度使構(gòu)型中心頻率較低，且材料參數(shù)影響最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)型。
　　本文對聲子晶體進(jìn)行的設(shè)計(jì)與優(yōu)化將為新型低頻減振結(jié)構(gòu)的