声子晶体

摘要： 采用显式有限元方法,以传输损耗系数(TLC)为评价指标,研究了以钢为边界、铜和硅橡胶交替填充的方形晶格夹层板的减振性能,分析了方形填充尺寸对结构减振性能的影响。首先建立方形晶格夹层板的有限元仿真模型,其次引入传输损耗系数作为目标函数,运用遗传算法对方形晶格夹层板的减振性能进行优化,针对不同应用场景,得到的优化结果表明方形晶格夹层板具有不同减振范围的可调谐性。最后分析优化后的拓扑结构在不同频率下的位移场,可以看出其仍是在局部共振机理作用下,表现出对低频弹性波的强衰减,为拓宽夹层板的低频减振性能与可制造性提供了新的设计思路。

摘要： 为了能够控制低频噪声,设计了一种二维连接板式声子晶体。运用有限元法计算了该结构的色散曲线及位移场。结果表明,所设计结构在29.37~354.07 Hz存在带隙。与文献模型相比,该结构的起始频率更低,带隙更宽,说明连接板结构声子晶体更容易获得低频带隙。通过位移场的振动模态分析,并结合质量-弹簧模型,解释了带隙产生的原因。在此基础上,讨论了连接板宽度和硅橡胶包覆层开孔半径大小对带隙的影响,随着连接板的宽度减小以及硅橡胶包覆层上孔的半径减小,该结构的带隙逐渐变宽。

摘要： 为了开展弹性支撑环境下一维声子晶体结构弯曲波振动特性的研究,采用回传射线矩阵法对其频率响应函数曲线进行计算,并开展相应的参数化研究。通过与有限元法比较可以发现,二者的吻合程度较好,证明该计算方法的正确性。为了进一步分析几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体振动特性的影响规律,对不同情况下带隙的起始频率、截止频率以及带隙宽度的变化情况进行总结,得到相应的影响规律。结果表明,几何参数与多种条件下弹性刚度对于弹性支撑下一维声子晶体结构的振动特性影响情况存在不同的情况,有着各自的影响规律。

摘要： 基于Biot理论和Bloch理论,研究了反平面波在一维液体饱和多孔声子晶体中的传播特性。求解液体饱和多孔介质中反平面波的波动方程;利用界面应力-位移连续条件得到了相邻单胞的传递矩阵,将传递矩阵和Bloch理论相结合计算了单胞的复能带结构;并且利用刚度矩阵法计算声子晶体的响应谱。分析了液体黏度系数、孔隙率和材料组分比对反平面波传播特性的影响。结果表明:随着黏度系数的增大,复能带的虚部先增大后减小,相应的传输先减弱后增强,复能带的实部在布里渊区边界处先变光滑后又变尖角。这些现象与黏性对快纵波的影响是一致的;随着孔隙率的增大,两种多孔介质的密度差变大,导致带隙变宽,带隙内的衰减增强;与快纵波不同的是高频通带对应的虚部仍然为零,这是由于反平面波和慢纵波之间不会发生相互作用;减小材料组分比发现第一条带隙变宽,带隙内的衰减增强,然而第二条带隙先变宽再变窄,带隙内的衰减先增强后减弱。估算的带隙中心频率值和数值结果基本一致。

摘要： 为了解决军用飞机舱室内产生的低频噪声问题,构建了一种新型的Helmholtz型二维声子晶体,该结构采用迷宫型开口通道,并在结构加入了刚性振子.研究发现,该结构在晶格常数为62 mm条件下,将第一低频带隙的下限降至15 Hz左右,且在100 Hz频率左右形成一条宽度为93 Hz的带隙宽带,表现出较好的低频隔声特性.首先,通过振型及声压场分析了其带隙成因,采用“力-声类比”的方法建立了该结构的等效模型,最后利用有限元法和传递矩阵法对第一低频的带隙范围进行了计算,两种方法所得结果基本相符;其次,通过有限元法探究了晶格常数、空气通道长度及振子材料等结构参数对低频带隙的影响.研究表明,增加开口通道长度和晶格常数都会降低第一带隙下限,增加振子材料密度能够有效降低第二带隙的上下限,进一步揭示了该结构带隙形成的实质,验证了等效模型的准确性.该研究为低频噪声控制方面提供了一定的理论支持,为低频声子晶体的设计提供了新的思路.

摘要： 在地球中传播的地震波主要有体波和表面波,而表面波中Rayleigh波对建筑物造成的破坏最为强烈。针对Rayleigh波的振动控制,提出一种田字形超材料结构。相比于传统的地震超材料,这种超材料屏障是由外部口字形框体内部嵌套十字形柱体组成,形成4个可填充区域,其外部框体采用部分埋入的方式,具有高强度、强稳定性、填充方式灵活的特点。应用有限元法计算了田字形超材料的能带结构和传输特性,并通过分析带隙边界处模态振型可知,带隙的打开是由于柱体的局域共振。结合带隙机理可知,柱体结构中土壤填充量不同可改变柱体的质量,形成不同的谐振频率,产生甚低频带隙。为进一步拓宽带隙,设计研究了正、负梯度的质量填充方式,均可得到3.3~13.1 Hz甚低频宽带隙,在谐振频率范围内两者的隔震方式分别为Rayleigh波彩虹捕获和Rayleigh波到体波的转化。最后,采用EI-Centro地震波对填充屏障进行了时程验证,加速度最大幅值衰减超过80%,为地震超材料在减震隔震方面应用提供了新的设计思路和方法。

摘要： 提出了一种基于声子晶体的新型体声波谐振器结构,利用声子晶体在其带隙范围内对弹性波具有高反射率、低透射率的特点,将声子晶体作为体声波谐振器底部的声反射层。首先计算出了4种不同结构声子晶体的带隙特性,并使用有限元软件COMSOL Multiphysics对基于声子晶体的体声波谐振器结构进行建模仿真,得出了主要结论。当体声波谐振器工作频率在声子晶体带隙范围内时,直接以声子晶体作为体声波谐振器的衬底,仿真得到的阻抗曲线较为平滑,且Q值为858.09,有效机电耦合系数为6.32%。

摘要： 针对高速列车地板型材结构低频段振动噪声问题,基于局域共振机理,设计一种新型的陀螺声子晶体结构。首先基于有限元方法,建立陀螺型声子晶体单元模型,计算得到单胞的能带结构,结合其振动模态,分析108 Hz~153 Hz弯曲波带隙和129 Hz~153 Hz完全带隙的形成机理,并探究结构参数对带隙特性的影响。然后建立周期排布的陀螺型声子晶体型材板件模型,计算在垂向单位均布力激励下陀螺型声子晶体型材板的振动传递损失,最后结合参考铝型材结构,探究陀螺型声子晶体结构对于隔声效果的影响。研究表明:增大元胞边长和基体板厚,带隙特性有向低频段、窄带隙的发展趋势;增加头环高度,带隙特性有低频拓宽的趋势;而增加弹性连接件高度,对带隙特性无明显影响。在弯曲波带隙范围108 Hz~153 Hz内,有限声子晶体板结构的振动传递损失相比通带范围较明显的提高,且在110 Hz以下频段对于参考铝型材隔声效果有一定的改善。

摘要： 本文提出了一种二维缺陷声子晶体传感器设计,实现了对葡萄糖浓度的检测。传感器设计是汞作为基体,周期性排列的充水圆形散射体的正方晶格结构,在共振腔中引入不同浓度的葡萄糖溶液使其在周期性结构中起到缺陷的作用。基于有限元法(FEM)进行了数值模拟,传感器输入值是葡萄糖的浓度,输出值是共振峰值频率。结果表明,共振峰值频率随波导中葡萄糖浓度的变化而显著不同。通过对峰值频率的研究,该传感器对葡萄糖浓度具有较高的传感性能。葡萄糖浓度为54.6%时灵敏度、Q值分别为66,891 Hz和2235。这些结果表明,二维缺陷声子晶体传感器具有高灵敏度、高Q值、制作简单、成本低等优点,是检测葡萄糖的理想选择。该研究结果为二维声子晶体传感器在不使用葡萄糖氧化酶产生催化作用的情况下,对于血液中葡萄糖浓度的检测提供了理论依据。

摘要： 界面态具有巨大的实际应用价值,因此寻找界面态是一个既有科学意义也有应用前景的课题.在本文中,我们通过把二维正方晶格声子晶体的结构单元进行倾斜,构造出具有线性狄拉克色散的斜方晶格体系.狄拉克色散引起体能带Zak相位的π跃变,使得位于狄拉克锥投影能带两边的带隙具有不同符号的表面阻抗,从而导致由正方晶体体系与由其“倾斜”的斜方晶格体系构成的界面处存在确定性的界面态.

摘要： 低频振动与噪声抑制是当今生活环境面临的严竣挑战.针对生活中的噪声与低频振动,提出一种新型的锯齿式局域共振声子晶体.利用有限元软件对新型结构进行仿真,并且对得出的带隙进行分析.结果表明,其带隙具有良好的低频宽带特性.该新型结构对日常生活和高端装备中的噪声抑制与低频振动能量回收具有很好的应用前景.

摘要： 当声波作用于声子晶体时会出现一系列带隙结构.本文通过运用传输矩阵的方法研究了有边界介质的一维层状有限周期声子晶体结构周期数对带隙结构的影响,结果发现结构周期数对各级带隙的影响存在差异性和收敛性.对声子晶体色散关系运用傅里叶分析给出了带隙结构的波叠加解释,以单周期声子晶体为例研究了包含多个材料参数的与时间相关的无量纲量T对带隙结构的影响,为声子晶体的实际设计提供了方便,并运用波叠加的方法对部分传输矩阵无法直接解释的实验现象进行了尝试性解释,实现了对带隙结构形成的深层次解释.

摘要： 将压陶瓷片周期性的对贴在环氧树脂基体上,从而组成的一维压电声子晶体智能材料,利用压电陶瓷的正压电效应将扭转振动产生的机械振动转化为电能,并利用分流电路中的电阻将其耗散;使分流电路中的电磁振荡效应和声子晶体的能带特性有机结合,计算了在分流电路作用下智能材料扭转振动的带隙特性,分析了在不同电阻、电感值下,对压电声子晶体智能材料扭转振动的影响.研究结果表明:电阻值的增大,会使局域共振带隙的衰减幅值降低,但带隙的频率范围变宽;电感值的增大可以使带隙向低频移动.

摘要： 本文研究了二维声子晶体薄壁空心圆柱正方排列在水基体中的反常透射特性.透射谱表明该体系可以在低频处实现反射增强,高频处实现透射增强.研究发现这两种透射特性分别来源于水中的连续波与薄壁空心圆柱二阶和三阶弯曲壳模式相互作用而形成的Fano共振.进一步通过数值模拟和理论分析,直观展现了透射谷和透射峰的频率可随空心圆柱内半径而变化的特性.此结构在滤波和波导等方面具有广泛的应用前景,同时也给定向声源的设计提供了新思路.

摘要： 目前各航天大国都在发展高分辨率对地观测、高精度指向等卫星平台与应用技术,卫星小量级颤振的高精度控制是实现卫星平台与遥感系统等有效载荷高精度姿态指向的前提与基础.本文采用三维绘图软件建立空间相机三维模型,导入到Hypermesh进行有限元处理并进行数值计算,研究某型卫星空间相机的模态振型和频响特性,找出影响其成像质量的微颤振干扰幅度(10-7m数量级)以及对应的低频范围(15～18Hz、31～37Hz以及54～69Hz);在此基础上,提出基于声子晶体的Stewart联合隔振平台,通过仿真分析能够在54～69Hz的主要干扰低频段内实现微颤振控制目的,微颤振最大能够降低2个数量级,并做出结构上的优化设计.分析结果表明,对于该卫星空间相机的影响成像品质的低频段内,用该联合隔振方法可以实现微颤振的控制,提高卫星对地观测空间相机的分辨率.

摘要： 本文针对一维随机无序声子晶体，利用华-王方法，提出了计算局部化因子的快速算法。与传统矩阵特征值方法相比，本文方法基于华-王序列构造出确定性的无序声子晶体。但在数学上，华-王序列无序声子晶体的局部化因子与随机无序声子晶体的局部化因子相同。利用华-王序列无序声子晶体，利用极少的单胞就可以得到收敛的局部化因子。因此基于华-王序列的矩阵特征值方法与传统方法相比，计算效率更高，收敛性更好，更加适合随机无序声子晶体的局部化因子计算。

摘要： 夹心式换能器也称朗之万换能器.它是由前后金属块,压电陶瓷晶堆,金属电极和预应力螺栓组成.传统的夹心式压电换能器,一般情况下要求直径小于其纵向尺寸,以便满足一维纵向振动理论的要求.然而在一些高强功率应用场合,例如超声焊接,超声冷拔金属管等,夹心式换能器的横向尺寸较大,此时不满足一维理论要求,当换能器处在工作状态时,实际上是纵向振动和横向振动的耦合.由于耦合振动,换能器的输出端面位移分布不均匀,因此抑制横向振动具有重大的意义.

摘要： 声学分束器在声学信息处理和生物医学诊断等许多场景中有广泛的应用潜力,同时也在声学系统的设计和制造中发挥着作用.最近,由于声学人工材料的出现,提高了声学分束器的效率和灵活性.李静等人通过引入线缺陷结构来演示声学分束器,其允许通过改变声子晶体中散射体的半径来调整分束效率.郭云提出在低频率范围内的一种无缺陷的分束器件,该器件为缓解激励源的限制提供了一种可能的方法.近几年来,非对称声学研究领域迅速发展,梁彬首先提出了声波二极管的理论模型和实验原型,声波二极管是由声子晶体和强非线性介质组成的,因此使得基于声子晶体的声学单向器件性能有所提高.

摘要： 通过周期性排列的结构产生禁带的概念最早产生于光子晶体的研究.这个概念扩展到弹性波领域,产生了可以对声波产生禁带的声子晶体.把声子晶体应用到在固体中传播的弹性波领域,利用其禁带特性,可以起到减振的作用.声子晶体是由弹性固体周期排列在另一种固体或流体介质(基体)中形成的一种新型功能材料。关键在于此种弹性固体要与基体之间形成较大的密度和刚度阶跃。复合材料本身就由两种或两种以上性质不同的材料组分，各组分之间有明显的界面存在，是成为声子晶体的理想材料。缝合复合材料泡沫夹芯结构是近年来复合材料领域的研究热点。这种结构利用其缝线加强层间连接，加强第三个方向的力学性能，解决了传统复合材料泡沫夹芯结构易分层的缺点。通过缝线的周期性排列和缝线性质的合理设计，这种材料可以在一定频段产生禁带。

摘要： 锅炉换热器管道"四管"（水冷壁、过热器、再热器和省煤器）泄漏事故一直是影响火电机组安全、经济运行的重要因素，用声学方法检测管道泄漏已成为近年来电站锅炉故障诊断技术中最具发展潜力的手段之一。在炉内换热器管排阵列中发生管道泄漏时,泄漏声辐射将从各个方向入射到管排阵列,因此,对声波斜入射到管排阵列结构中的声透射特性研究将具有重要的实际意义.斜入射是指平面波波矢K与相邻两管道连线呈一定角度的入射模式,斜入射角度分为二维平面XY面内的斜入射和三维坐标与Z轴形成夹角的斜入射,本文仅限于研究在二维XY平面的斜入射情况,研究表明:声波倾斜入射到管排阵列时，沿不同角度入射，其传播与透射特性也会明显的不同；入射角度从0°开始，随着角度的增大，2000Hz的禁带峰值会逐渐减小，直到45°时，变成导带；同时，带隙中心会向高频移动；随着倾斜入射角的增加，第二带隙峰值大小没有明显变化，但是，峰值向低频移动，与第一峰值呈合并趋势。

摘要： 本发明提供一种声子晶体，声子晶体器件以及声子晶体的制备方法。所述声子晶体具有分形凹角蜂窝结构，所述分形凹角蜂窝结构由凹角六边形的单胞结构组成，并且所述六边形结构的边长为弹性波波长的十分之一到百分之一。本发明的分形凹角蜂窝结构不仅具有高强度、高刚度、强韧性的力学性能，还具有负泊松比的特性，使得该分形凹角蜂窝结构声子晶体可以实现较好的低频、宽频声波控制和声波超常传输。

摘要： 本发明提出一种基于局域共振型的声子晶体及声子晶体器件，解决了现有声子晶体对应的频率数量级较大不利于实际集成应用的问题，声子晶体包括若干个晶体单胞结构及第一基体弹性连接部，每一个晶体单胞结构均由损耗散射体单元、增益散射体单元及第二基体弹性连接部组成，对两个散射体单元分别施加负虚部与正虚部，负虚部、正虚部的施加使声子晶体的能带发生简并，能带简并与非简并之间的分界点所在的频率位于局域共振带隙，局域共振带隙对应的频率比布拉格带隙对应的频率低一个数量级以上，虽然声子晶体对应的频率数量级低，但能实现“小尺寸控制大波长”的目的，有利于实际集成应用，实用价值高。

摘要： 本发明提供一种声子晶体晶胞结构、声子晶体器件及其制备方法，声子晶体晶胞结构包括：基板，基板包括基板第一表面及相对设置的基板第二表面，基板包括自所述基板第一表面向基板第二表面延伸且贯穿基板的沟槽，以在基板中构成弹簧部件，且弹簧部件自基板内侧向基板外侧延伸，弹簧部件的自由端位于基板内侧；共振体，共振体位于基板第一表面上，且共振体与弹簧部件的自由端相接触。本发明设计了一种基于弹簧振子的声子晶体晶胞结构，可简化成一个弹簧‑重物系统，利用弹簧部件的振动可增强声子晶体晶胞结构的共振体的谐振能力，可有效调节、改变声子晶体晶胞结构的禁带频率和宽度，从而可扩大声子晶体器件的应用范围。

摘要： 本发明公开了一种基于声表面波声子晶体的慢声延时器，包括压电基底、压电基底上的金属声子晶体和一对叉指换能器。叉指换能器分别位于金属声子晶体的两侧，其中一侧的叉指换能器利用逆压电效应激发瑞利声表面波，并传输给声子晶体，另一侧的叉指换能器利用正压电效应接收传输过来的声表面波。本发明通过对声表面波声子晶体晶格畸变的设计，可以得到最优化的群速度色散，此时既具有较大的信号延时又具有较宽的工作频率，即延时‑带宽积这一重要指标明显提高，属于声表面波电声器件体系中的一种具有优异性能的信号延时器。

摘要： 本发明涉及超材料技术领域，提供了一种自旋式声子晶体结构及其应用和隔声、隔振材料。自旋式声子晶体结构，包括球形壳体以及设置在球形壳体内的自旋转机构；自旋转机构包括至少两根悬臂杆以及滑动设置于每根悬臂杆上的至少两个磁性块，每根悬臂杆上设置的磁性块的数量相同，每根悬臂杆上的相邻两个磁性块靠近的端部极性相同，至少两根悬臂杆连接于中心结点且关于中心结点球对称；每根悬臂杆远离中心结点的端部均与球形壳体的内壁滑动接触。隔声材料或隔振材料，包括上述自旋式声子晶体结构。上述自旋式声子晶体结构在受到振动时，内部结构随振动方向发生自适应旋转，从而实现全向性振动波/声波的有效隔离，可应用于隔振或隔声等领域中。

摘要： 本发明提供了一种微区电镀装置及其在制备声表面波声子晶体中的应用。该装置包括直流恒流源、电镀槽、阳极板、电镀液、温控系统、搅拌系统、夹具及电镀片。电镀片上包括一个声表面波声子晶体区域及至少两个陪镀区域；陪镀区域对称分布在声表面波声子晶体区域的两侧。本发明采用电化学沉积(电镀)法，可以精确制备基于多类单晶、多晶及非晶基底(如铌酸锂、钽酸锂、硅、二氧化硅、氮化铝、氮化镓、玻璃等)的金属材料(如镍、铜、金等)基的声表面波声子晶体。

摘要： 本发明公开了一种声子晶体吸声体，包括中空柱体，中空柱体内部由隔板分隔成多个腔室，所述中空柱体的部分侧壁为朝向声源的微穿孔侧壁，所述部分隔板为微穿孔隔板，使中空柱体呈多个吸声腔结构。基于该吸声体，本发明还公开了一种声屏障。本发明的声屏障结合了微穿孔壁/板、共振吸声腔、周期性结构、逐层梯度分布多种吸声措施，声波到此声屏障会发生反射和多重散射，当声波的频率落在周期结构的带隙范围之内时，声屏障的隔音效果最佳，实现了吸音降噪的目的；其阻挡直达声波、隔离透射声波并使绕射声波产生足够的衰减，从而起到吸音降噪的作用，也避免了声屏障过高，通风采光较差的情况，能够达到减载的目的。

摘要： 本发明公开了一种基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体，包括：沿着声子晶体的中心轴方向排列的第一元胞单元至第N元胞单元；任意一个第k元胞单元包括第k均截面梁段和第k变截面梁段，第k变截面梁段朝向第k均截面梁段一侧的端面面积等于第k均截面梁段的横截面面积，自第k变截面梁段朝向第k均截面梁段的一侧至第k变截面梁段背向第k均截面梁段的一侧的方向上，第k变截面梁段的横截面面积递减；第k1元胞单元中的第k1变截面梁段与第k2元胞单元中第k2均截面梁段连接，第k1变截面梁段朝向第k2均截面梁段的一侧的端面面积小于第k2均截面梁段的横截面面积。基于梯度声黑洞结构带隙调控的声子晶体能实现低频宽带减振。

摘要： 本实用新型提出一种局域共振型的声子晶体及声子晶体器件，解决了现有声子晶体对应的频率数量级较大不利于实际集成应用的问题，声子晶体包括若干个晶体单胞结构及第一基体弹性连接部，每一个晶体单胞结构均由损耗散射体单元、增益散射体单元及第二基体弹性连接部组成，对两个散射体单元分别施加负虚部单体与正虚部单体，负虚部单体、正虚部单体的施加使声子晶体的能带发生简并，能带简并与非简并之间的分界点所在的频率位于局域共振带隙，局域共振带隙对应的频率比布拉格带隙对应的频率低一个数量级以上，虽然声子晶体对应的频率数量级低，但能实现“小尺寸控制大波长”的目的，有利于实际集成应用，实用价值高。

摘要： 本实用新型提供一种声子晶体和包括该声子晶体的吸收层、舰船、探测器、鱼雷、潜艇和航母，其中声子晶体包括金属管和基板，所述金属管具有空腔，所述空腔内填充有可吸声材料，所述金属管按二维晶格周期排布在基板内形成所述的声子晶体。本实用新型中的声子晶体在较大频率范围内可实现结构声阻抗与水的阻抗相匹配，从而使本实用新型中的声子晶体在用于水声吸声或声纳吸收时具有宽频低反射和低透射的特性，同时具备结构简单，耐环境好，使用寿命长等特点。