幾何形狀與材料對二維固-固聲子晶體帶隙結(jié)構(gòu)及缺陷態(tài)的影響.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、聲子晶體是具有經(jīng)典波或聲子帶隙的人工周期分布的介質(zhì)結(jié)構(gòu)或材料,由于周期性結(jié)構(gòu)與彈性波的互相作用,在一定頻率范圍內(nèi)的彈性波才能通過,而其它頻率范圍的彈性波無法在聲子晶體中傳播。為了控制彈性波的傳播范圍和方向,利用半導體的摻雜原理,在聲子晶體中引入缺陷實現(xiàn)。因此,通過調(diào)節(jié)周期性結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)或者幾何結(jié)構(gòu),就可以人為調(diào)控帶隙的寬度、位置以及對波傳播的抑制能力,這為傳統(tǒng)機械工程結(jié)構(gòu)的減振降噪提供了一種新的思路,即將機械裝備和工程結(jié)構(gòu)設計成為人工

2、周期結(jié)構(gòu),使其具有帶隙特性,利用帶隙特性抑制周期結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播,從而達到減振降噪的目的。
  本學位論文在介紹聲子晶體基本概念、研究現(xiàn)狀、聲學特征的表征、能帶結(jié)構(gòu)的計算方法以及在有限元軟件中不同的模塊下能帶計算方法的基礎上,研究了幾何形狀和材料兩個方面對聲子晶體帶隙及缺陷態(tài)的影響,主要內(nèi)容有:
  利用有限元法研究了二維固.固聲子晶體在超晶格下改變中心散射體的幾何結(jié)構(gòu)對缺陷態(tài)的影響。論文分析了中心散射體的幾何結(jié)構(gòu)的對稱與

3、非對稱、橢圓形散射體的半長軸與半短軸的比、長方形散射體的長寬比對二維固-固聲子晶體的缺陷頻帶、透射譜等特性的影響。通過計算發(fā)現(xiàn)中心散射體的幾何形狀為橢圓形時,橢圓的半短軸與半長軸之比越小缺陷頻率向帶隙中心移動;中心散射體的幾何形狀為長方形時,寬與長的比值越小,缺陷頻率也向帶隙中心移動;當中心散射體的幾何形狀為正多邊形時,隨著邊數(shù)的增多,形狀越接近于圓柱形散射體,將越不會出現(xiàn)缺陷;中心散射體的幾何形狀與其它散射體差異越大時,越容易出現(xiàn)缺陷

4、頻率,但高度對稱時不會出現(xiàn);當中心散射體的幾何形狀帶有弧度時,容易出現(xiàn)缺陷頻率,且振動局域在缺陷散射體弧面與相鄰散射體之間。
  利用有限元法研究了在超晶格下材料參數(shù)對二維聲子晶體薄板彎曲振動缺陷態(tài)的影響。將中心散射體的材料換為其它材料,研究它們對缺陷態(tài)影響,另外通過只改變材料參數(shù)中的密度和楊氏模量計算它們對缺陷態(tài)的影響,計算結(jié)果表明:當中心散射體的彈性常數(shù)與其它散射體相同,而密度不同時,會產(chǎn)生缺陷頻帶,隨著密度由小到大,產(chǎn)生的缺

5、陷頻帶數(shù)量不同;缺陷頻帶隨著密度的增大而向帶隙的下邊緣移動;并且有些缺陷頻帶隨著密度的增大逐漸消失;當中心散射體的楊氏模量與其它散射體不同,密度和剪切模量相同,兩者楊氏模量差異較小時,不會產(chǎn)生缺陷;隨著中心散射體楊氏模量逐漸變小,帶隙的上邊緣會出現(xiàn)一條缺陷頻帶,并且缺陷頻帶逐漸向帶隙下邊緣移動。當中心散射楊氏模量與其它散射體楊氏模量相差四個數(shù)量級以上時,缺陷頻帶不再移動。論文研究聲子晶體的缺陷、彈性波的局域化現(xiàn)象在可調(diào)諧聲濾波器等聲學器

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