一維近周期聲子晶體板帶隙特性研究.pdf

1、聲子晶體(PNC)一般指人工的周期性結(jié)構(gòu)和具有聲波帶隙特征的功能材料。聲子晶體的本質(zhì)特征是它的聲子帶隙，聲子帶隙在聲濾波器、波導、噪音抑制和傳感器等方面有著潛在的工程應用。實際的結(jié)構(gòu)往往與理想周期結(jié)構(gòu)存在著一定的偏差，我們稱這些結(jié)構(gòu)為近周期結(jié)構(gòu)。本文主要研究一維具有缺陷、準周期排列和隨機失諧的三種近周期結(jié)構(gòu)。研究近周期結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播問題的重要性是不言而喻的，一方面在實際應用中，由于加工制造存在誤差，不可能做到嚴格的周期性，另一方面近

2、周期結(jié)構(gòu)比周期結(jié)構(gòu)具有更多的可調(diào)節(jié)參數(shù)，可以更靈活的調(diào)控彈性波的傳播行為和頻帶特征。
　　另外，在實際應用中聲子晶體不可能是無限大的，它往往存在邊界，因此研究關(guān)于彈性波在有界聲子晶體中的傳播變得非常有必要，例如聲子晶體板中蘭姆波的傳播問題。蘭姆波在無損檢測中表現(xiàn)出巨大的潛力，成為在線檢測板狀構(gòu)件的有力手段，蘭姆波型聲子晶體也自然得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。本文研究了以下一維近周期聲子晶體板中蘭姆波傳播的若干問題:
　　1.利

3、用有限元軟件COMSOL Multiphysics結(jié)合超元胞法計算了一維具有缺陷和隨機失諧的聲子晶體板的頻帶結(jié)構(gòu)。缺陷我們主要考慮子層尺寸改變引起的點缺陷和子層材料種類的改變引起的點缺陷;失諧主要考慮子層厚度、子層材料彈性模量以及密度的隨機失諧三種情況。結(jié)果表明，隨機失諧會產(chǎn)生禁帶分裂現(xiàn)象，材料尺寸隨機失諧比材料參數(shù)隨機失諧產(chǎn)生的局域模態(tài)豐富。此外，失諧比點缺陷具有更豐富的局域模態(tài)。
　　2.利用有限元軟件COMSOL Multi

4、physics結(jié)合超元胞法計算了一維Fibonacci準周期聲子晶體板的頻帶結(jié)構(gòu)和透射譜，通過模態(tài)圖和位移矢量圖進行了蘭姆波的模態(tài)分析;討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)（組分材料體積比和板厚與晶格常數(shù)比）和材料參數(shù)（彈性模量比和密度比）對蘭姆波禁帶的影響;分析了不同準周期排列(Fibonacci、Cantor和Thue-Morse序列)對蘭姆波頻帶結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)可以改變最大禁帶的寬度以及中心頻率的位置;可以通過調(diào)節(jié)板厚與