基于局域共振原理的瓣型寬帶隙聲學(xué)超材料研究.pdf

1、聲學(xué)超材料是一類由人工設(shè)計(jì)的特殊結(jié)構(gòu)單元周期性排列構(gòu)成的亞波長材料/結(jié)構(gòu)，具有很多自然材料所不具備的超常聲學(xué)性質(zhì)如負(fù)質(zhì)量密度和負(fù)體積模量等，因此，聲學(xué)超材料在減振降噪、聲波控制等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文基于局域共振理論，設(shè)計(jì)了一種帶有瓣形結(jié)構(gòu)的薄膜型寬帶隙聲學(xué)超材料，并運(yùn)用有限元計(jì)算和仿真方法詳細(xì)研究了該薄膜型聲學(xué)超材料的能帶特性及其振型特性。最后利用四傳感器駐波管法對瓣型聲學(xué)超材料的隔聲性能進(jìn)行研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　

2、（1）針對低頻聲波建立基于局域共振機(jī)理的薄膜型聲學(xué)超材料模型并計(jì)算了其能帶結(jié)構(gòu)。相比于其他聲學(xué)超材料模型，這種帶瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)模型的優(yōu)點(diǎn)是能夠產(chǎn)生較寬的帶隙。本文所設(shè)計(jì)的帶有瓣形結(jié)構(gòu)的聲學(xué)超材料比無瓣型聲學(xué)超材料帶隙更寬，并且僅用單層結(jié)構(gòu)同種元胞組合就可以在一定頻率下形成較寬的多個(gè)完全帶隙，而不需要通過不同種元胞組合或是多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合而達(dá)到一定帶隙特性。
　?。?）詳細(xì)研究了元胞的振動模態(tài)，分析研究所設(shè)計(jì)聲學(xué)超材料帶隙特性產(chǎn)生的機(jī)理。聲

3、學(xué)超材料元胞的振動就是一種局域共振：第一種振動模態(tài)是z方向的平動，第二、第三種振動模態(tài)都是在x-y平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，第四和第五種振動模態(tài)基本一樣，都是沿y軸和沿x軸的平動，第六種振動模態(tài)是在x-y平面內(nèi)以z軸為轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)動形式，第七種振動只有瓣的輕微振動。
　?。?）詳細(xì)研究了模型幾何參數(shù)對聲學(xué)超材料帶隙特性的影響規(guī)律，并對微結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。以含一個(gè)瓣結(jié)構(gòu)的元胞為代表，研究各幾何參數(shù)對三個(gè)帶隙上下邊界的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)晶格常數(shù)、