包含雜質(zhì)及各向異性材料的二維聲子晶體中聲波的研究.pdf

1、聲波或彈性波在周期性帶隙材料（被稱(chēng)為聲子晶體）傳播的研究，近幾年已經(jīng)引起了研究工作者的極大興趣。聲波在聲子晶體中傳播時(shí)具有聲子禁帶，頻率處于禁帶范圍內(nèi)的彈性波（聲波）不能通過(guò)該聲子晶體，聲子晶體的這一特性使得它具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。學(xué)者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)聲子晶體中存在缺陷時(shí)，原始的帶隙范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生缺陷態(tài)，缺陷態(tài)的存在會(huì)對(duì)原始的帶隙特性產(chǎn)生重要的影響，帶隙范圍內(nèi)的彈性波（聲波）只能被局域在缺陷處或沿著缺陷傳播。
　　1.本文首先從

2、天然晶體和光子晶體出發(fā)引出聲子晶體的相關(guān)屬性，并闡述了聲子晶體的研究意義，介紹了聲子晶體在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。
　　2.本文介紹了聲子晶體的基本理論。從布洛赫定理、彈性力學(xué)的基本原理和彈性波波動(dòng)方程出發(fā)，介紹了計(jì)算聲子晶體能帶結(jié)構(gòu)的有限元法，接著我們闡述了利用COMSOL Multiphysics軟件計(jì)算固/固、固/液、液/液三種情況的計(jì)算步驟，并利用有限元法分別計(jì)算固/固、液/液兩種模型的算例。
　　3.利用有限元軟件COM

3、SOL Multiphysics結(jié)合超元胞法研究了水/水銀二維聲帶隙材料的局域態(tài)。引入的固體雜質(zhì)和流體雜質(zhì)都能產(chǎn)生局域模。數(shù)值結(jié)果表明局域模的數(shù)量與頻率強(qiáng)烈地依賴(lài)于雜質(zhì)的密度，聲速和半徑。對(duì)流體雜質(zhì)而言，雜質(zhì)的低波速能夠引發(fā)大量的局域模，然而，低密度的雜質(zhì)不能激發(fā)局域模。而對(duì)固體雜質(zhì)來(lái)說(shuō)，軟雜質(zhì)和硬雜質(zhì)都能激發(fā)一些局域模，但是半徑對(duì)局域模的影響，軟雜質(zhì)比硬雜質(zhì)敏感。這些結(jié)果有助于設(shè)計(jì)聲濾波器和聲換能器。
　　4.利用有限元軟件CO

4、MSOL Multiphysics結(jié)合超元胞法研究了二維點(diǎn)缺陷聲子晶體的聲能俘獲系統(tǒng)的優(yōu)化，這種聲子晶體是由水圓柱散射體插在水銀基體組成的。數(shù)值結(jié)果表明聲波是局域的，通過(guò)壓電片聲能能夠被俘獲。高質(zhì)點(diǎn)速度場(chǎng)預(yù)知壓電片最優(yōu)的位置與結(jié)構(gòu)。通過(guò)在點(diǎn)缺陷中引入第三組元，最優(yōu)的聲能俘獲系統(tǒng)能夠獲得。結(jié)果發(fā)現(xiàn)低密度的缺陷圓柱體在高密度流體基體下更利于聲波局域和聲能俘獲。
　　5.利用有限元軟件COMSOL Multiphysics結(jié)合超元胞法對(duì)