局域共振型声子晶体双层梁结构带隙特性研究

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随着减振降噪在工业产品中的迫切需要,声子晶体及其带隙能衰减弹性波的特点引起了国内外学者的广泛关注,而局域共振型声子晶体的发现使人们有望实现对低频振动的抑制。而双层梁结构较单振子梁结构具有更优异的功能性,因此对局域共振型声子晶体双层梁结构的带隙性能展开研究很有必要。本文在欧拉梁和Timoshenko梁简化模型的基础上,验证了平面波展开法在计算声子晶体欧拉梁带隙的适用性,并指出了低频下欧拉梁代替Timoshenko梁模型的合理性;并研究了多振子欧拉梁与单振子梁的能带结构的异同之处,揭示了多振子梁的带隙形成机理,并得到起始、截止频率的计算公式;在已分析单振子梁带隙特性的基础上,建立双层声子晶体欧拉梁简化模型,推导弯曲振动本征方程,并依据弯曲振动能带结构图和有限元仿真得到的晶胞固有振型提出了双层梁带隙形成机理,揭示了带隙调节规律并得到带隙起始、截止频率计算公式,指明了双层梁相对于单层梁结构减振性能上的优势;最后基于COMSOL商用有限元软件对贴附型声子晶体双层梁的带隙特性展开研究,探究了各频带相应的固有振动模式,揭示了反对称弯曲振动模态决定带隙起始频率,而对称弯曲振动模态决定截止频率的带隙形成机理,最后指出了结构参数、几何参数以及材料参数的改变对能带结构及带隙的影响规律,并根据‘弹簧-质量块’模型对影响规律给出了理论解释。
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