三維嵌入薄膜聲學(xué)超材料聲學(xué)特性與波傳播特性分析.pdf

1、隨著航天事業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，超材料作為材料科學(xué)的新興領(lǐng)域引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究熱潮。超材料是一類特殊的材料，通過(guò)對(duì)普通材料人工合成可得到比一般復(fù)合材料更優(yōu)良的力學(xué)特性。嵌入薄膜聲學(xué)超材料作為一種新型的聲學(xué)超材料，在低頻降噪方面具有較大的應(yīng)用前景，通過(guò)對(duì)彈性薄膜人為的修飾可以得到材料較好的各向異性性能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)波傳播的控制。因此，對(duì)嵌入薄膜聲學(xué)超材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究對(duì)材料進(jìn)一步設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有重要意

2、義。
　　針對(duì)嵌入薄膜聲學(xué)超材料，其力學(xué)性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是該新型材料成功應(yīng)用的關(guān)鍵。而周期性結(jié)構(gòu)材料的聲學(xué)特性和波傳播特性研究是材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究的重要組成部分。這里主要采用有限單元法研究這種聲學(xué)超材料在低頻范圍內(nèi)的聲學(xué)特性，以及瞬態(tài)響應(yīng)法分析波在超材料中的傳播特性。
　　本文首先分別采用準(zhǔn)靜態(tài)方法中的漸進(jìn)均勻化方法和代表體元法計(jì)算了單向增強(qiáng)型復(fù)合材料的等效力學(xué)參數(shù)，驗(yàn)證了漸進(jìn)均勻化方法的有效性。其次利用彈簧阻尼單元模擬粘彈

3、性吸收邊界條件時(shí)，平面波的頻率和入射角對(duì)模擬精度的影響；而后利用不同思路求解了二維薄膜型聲學(xué)超材料頻散特性曲線，相互驗(yàn)證了結(jié)果的正確性；然后結(jié)合有限元法研究了單胞結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)三維嵌入薄膜聲學(xué)超材料波速的影響規(guī)律；最后利用瞬態(tài)響應(yīng)法研究了彈性波在均勻和梯度變化的嵌入薄膜聲學(xué)超材料時(shí)的傳播特性，得出：在均勻的薄膜聲學(xué)超材料中傳播時(shí)，當(dāng)嵌入的薄膜彈性模量較大時(shí)，不同入射角入射的平面波傳播方向變化較小；在梯度變化的薄膜聲學(xué)超材料中傳播時(shí)，在一定范