平面无限板类声子晶体结构带隙计算方法研究

针对结构在xy平面内具有无限周期性而在z方向上具有有限尺寸的特性,提出了平面无限板类声子晶体的概念。根据结构特征,将平面波展开法和有限元法的基本理论相结合从而建立了平面波展开有限元结合法。通过与借助于有限元软件计算求得的能带结构进行对比,从不同材料组分、不同散射体形状以及不同组元数等多角度检验了该方法对平面无限板类声子晶体结构的精确性和适用性。为工程上减振降噪领域板类声子晶体的应用提供了全新有效的理论研究方法。

半无限板类声子晶体带隙仿真的PWE/NS-FEM方法

声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性功能材料,可以对在介质中传播的弹性波起到衰减作用,因此,在汽车减振降噪方面有极大的应用价值。文章针对现有数值方法求解半无限板类声子晶体的能带结构时计算复杂和精度低的缺陷,在传统有限元法的基础上引入梯度光滑技术,结合空间傅里叶级数展开理论,构造了平面波展开/点光滑有限元法数值模型。数值算例表明,对于半无限板类声子晶体,所构造方法能够适当软化离散系统刚度,提供更加精确、高效的能带结构仿真结果,在工业应用中有较大潜力。

声子晶体板中的第二类狄拉克点和边缘传输

在弹性板波体系中设计了一种具有第二类狄拉克点的声子晶体板.不同于第一类狄拉克点,第二类狄拉克点附近的色散具有大的倾斜,以致于等频面的几何形状由点状变成交叉的线状.微调结构的几何参数破缺该镜面对称性,可打开第二类狄拉克点简并,实现体系的能带反转.能带反转前后的二维声子晶体板属于不同的能谷拓扑相,不同拓扑相之间存在无带隙的拓扑保护界面态.不仅如此,由于弹性板波界面态的特殊应力分布,单一能谷相声子晶体板的边界上同样支持无带隙的弹性波传输.本文拓展类石墨烯体系中的二维狄拉克点和能谷态到第二类情形中,在同一结构中获得了界面和边界上的弹性波无带隙边缘传输.由于结构设计简单,可在微小尺寸下加工获得,为高频弹性波器件的设计和构造提供了可行的途径.

类正方阿基米德格子声子晶体的声学能带结构特性

利用平面波展开法计算了类正方阿基米德格子水/水银声子晶体能带结构。结果表明:与正方晶格水/水银声子晶体对比,单胞含有4个"原子"类正方阿基米德格子声子晶体存在各向同性带隙和高频带隙;在低频范围内,讨论归一化半径对类正方阿基米德格子和正方晶格水/水银声子晶体带隙相对宽度的影响,并比较它们带隙相对宽度,选择合适归一化半径值,这些类型声子晶体能够得到最宽的带隙。

二维类正方阿基米德格子声子晶体弹性剪切波能带结构研究

利用平面波展开法研究了二维类正方阿基米德格子(ladybug和bathroom)铝/环氧树脂声子晶体弹性剪切波能带结构。与正方晶格相比,ladybug和bathroom格子都存在高频带隙,而且bathroom格子带隙较宽;ladybug格子有两个各向同性带隙;在相同r0/a(散射体半径与其相邻中心距离比)情况下,分析了ladybug、bathroom格子和正方晶格声子晶体r0/a的变化对带隙相对宽度的影响,表明类正方阿基米德格子比正方晶格更容易获得带隙。

二维类三角晶格声子晶体的声学带隙特性分析

首先划分7种类三角晶格声子晶体按三角点阵排列,并推导它们的结构因子,然后利用平面波展开法数值计算了类三角晶格水/水银声子晶体的能带结构,分析了带隙的各向同性以及归一化半径对带隙的影响。结果表明:(3.4.6.4)晶格、(34.6)晶格、(3.6.3.6)晶格、(63)晶格水/水银声子晶体可以产生较宽频率范围的带隙;(3.12.12)晶格和(4.6.12)晶格水/水银声子晶体存在很窄低频带隙;单胞含6个和3个"原子"水/水银声子晶体容易形成各向同性带隙;选取归一化半径分别为0.38和0.28,使类三角晶格水/水银声子晶体的第1和第2带隙都获得最大值。