声子晶体板结构低频带隙特性计算与分析

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:litao343243581
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声子晶体是一种由于单胞在空间周期排列而使得材料弹性常数或密度周期分布形成的新型功能材料。声子晶体具有带隙特性,即弹性波在某些频率范围内可以通过声子晶体继续传播,但在某些频率范围声子晶体能阻挡弹性波传播,这些弹性波不能通过的频率范围就称为声子晶体带隙。带隙特性使得声子晶体在减振降噪等工程实际中具有广阔的应用前景。本文首先对一种具有低频带隙特性的局域共振型单面柱板结构声子晶体进行了研究,基于有限元方法,使用多物理场软件COMSOL计算分析了散射体材料属性和散射体形状对单面柱板结构局域共振型声子晶体带隙特性的影响,并通过计算声子晶体单胞位移特征模式解释了声子晶体带隙特性变化的物理机理。通过考察散射体的密度、弹性模量、泊松比以及散射体形状对声子晶体带隙特性的影响,发现散射体的密度和弹性模量以及散射体形状对单面柱声子晶体板结构带隙特性有很大影响,且均是通过改变声子晶体单胞局域振动状态来实现的。为了进一步验证单面柱板结构声子晶体的实际低频减振特性,组合了四种有着低频带隙特性的单面柱声子晶体板结构,从中可以选出一个最优的低频带隙单面柱声子晶体板结构减振降噪解决方案。材料结构含有特定的孔隙不仅可能会对材料性能有提升,还会起到节约材料成本的作用,所以本文进一步研究了含有孔隙的局域共振型单面柱声子晶体板结构带隙特性。本文分别计算分析了不同半径圆柱形孔隙的单面柱板结构声子晶体散射体挖孔和基体挖孔两种情况下声子晶体低频带隙特性,发现对于散射体材料是钢而基体材料是橡胶的单面柱声子晶体板结构,单胞散射体含有较大孔隙才会对声子晶体带隙有明显的不利影响,而单胞基体含有孔隙对声子晶体低频带隙的影响几乎可以忽略。然后,计算分析了含有孔隙的单面柱声子晶体单胞位移特征模式,结合简单振动模型中刚度和振子质量,初步给出了孔隙对单面柱声子晶体板结构带隙特性影响的物理机制。本文对不同构型声子晶体板结构低频带隙特性的研究将为实际工程中精密结构减振降噪应用提供一定的参考。
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