聲子晶體的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、本文從理論、仿真和實驗三個方面開展了一維、二維聲子晶體禁帶特性的研究，同時，在超聲焊接、汽輪機(jī)降噪仿真等聲學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域開展了相應(yīng)研究。
　　1、開展了一維聲子晶體禁帶特性的研究。理論方面，分別用平面波展開法和時域有限差分法對鋁/環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)和鋁/有機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了禁帶計算，兩者的結(jié)果吻合很好：對于鋁/環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)，在0~30 kHz范圍內(nèi)有兩個帶隙，其頻率范圍分別為5 kHz~12 kHz和15 kHz~24 kHz；對于鋁/有

2、機(jī)玻璃結(jié)構(gòu)，在0~30 kHz范圍內(nèi)有三個帶隙，其頻率范圍分別為3 kHz~9 kHz、10 kHz~17 kHz和19 kHz~26 kHz。同時，從理論上分析了幾何參數(shù)、材料彈性參數(shù)等因素對禁帶特性的影響。仿真方面，用有限元分析軟件MSC. PATRAN/NASTRAN對上述兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了頻率響應(yīng)仿真，結(jié)果表明，禁帶位置均與理論符合很好。實驗方面，開展了鋁/環(huán)氧樹脂一維桿狀結(jié)構(gòu)禁帶特性研究的實驗，實驗結(jié)果顯示，在3 kHz~4 kH

3、z、5 kHz~12 kHz、17 kHz~20 kHz三個頻段上，聲信號有明顯的衰減，與理論和仿真結(jié)果部分相符。
　　2、開展了二維聲子晶體禁帶特性的研究。理論方面，用平面波展開法對鉛/硅橡膠組成的二維聲子晶體進(jìn)行了禁帶計算，在0~1 kHz范圍內(nèi)，XY模式的第一帶隙對應(yīng)的頻率范圍為380 Hz~500 Hz，Z模式的前兩個帶隙對應(yīng)的頻段分別為100 Hz~300 Hz和310 Hz~480 Hz。仿真方面，對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行了頻率

4、響應(yīng)仿真，結(jié)果表明，XY模式和Z模式在0 Hz~220 Hz的頻段內(nèi)均存在較明顯的衰減，且Z模式的最大衰減可達(dá)100 dB。
　　3、在聲學(xué)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了研究。在超聲焊接技術(shù)方面，采用耐高溫的壓電材料換能器將超聲波發(fā)射到焊錫溶液中，降低焊錫溶液的表面張力，使焊錫溶液在被焊接物表面順利擴(kuò)展、流動、浸潤，大大降低了導(dǎo)線焊錫的失效率。在汽輪機(jī)降噪方面，運(yùn)用振動-流體模型分析軟件LMS SYSNOISE對汽輪機(jī)管道降噪結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真，