声子晶体缺陷态的温度控制及兰姆波禁带的低频调节电子科学与技术专业论文.docxVIP

分类号： 分类号： 学校代号：11845 UDC： 密级： 学 号：2111215028 广东工业大学硕士学位论文 (工学硕士) 声子晶体缺陷态的温度控制及兰姆波禁带的 低频调节 胡爱珍 指导教师姓名、职称： 韭筮麴握 学科(专业)或领域名称：电王型堂量蕉丕 学生所属学院： 塑堡皇光电王猩堂医 论文答辩日期： 2Q!墨生墨旦墨Q旦 万方数据 A A Dissertation Submitted to Guangdong University of Technology for the Degree of Master (Master of Engineering Science) Temperature Control on the Defect Mode of Phononic CrystaII andand Low Freq uencyy AdjustmenAd ustment of Lambb Wave Band Gap Candidate：Aizhen Hu Supervisor：Prof．Xin Zhang May 2015 School of Physics and Optoelectronic Engineering Guangdong University of Technology Guangzhou，Guangdong，P．R．China，51 0006 万方数据 摘要摘要 摘要 摘要 由于拥有丰富的物理内涵以及广阔的潜在应用前景，声子晶体的研究工作在近二 十年来越来越多地引起了国内外学者的广泛关注。声子晶体是指具有声波／弹性波带隙 特性的周期性复合材料或者结构。它的基本特征主要有两个：一是具有缺陷态特性， 当周期性复合结构中存在缺陷时，缺陷态频率范围内的声波I弹性波将被局域在点缺陷 处或沿缺陷传播；二是具有声子带隙，这使得声波／弹性波在带隙频率范围内会被抑制， 而其它频率范围(通带范围)内的声波／弹性波在色散关系的作用下将可以无损耗地传 播。声子晶体是一种新型人工周期性结构功能材料，通过人为设计可以调节声波的频 率，从而控制声波的传播。因此，在现实生活中存在许多潜在的应用，例如：用于设 计声滤波器或声波导，还可用于设计新型的声子二极管等。因此，声子晶体的理论研 究和完善在振动与噪声控制领域具有重要价值。 本论文首先介绍了声子晶体的相关概念，阐述了声子晶体的研究意义，并讨论了 声子晶体的国内外研究现状和声子晶体的一些相关特性。 其次，介绍了各种声子晶体带隙计算方法及各自特点和二维声子晶体的常见排列 方式，从布洛赫定理和弹性力学基本原理出发着重地介绍了有限元法，并举例介绍了 有限元法数值模拟的基本步骤。 然后，详细地介绍了关于温度对二维声子晶体缺陷态影响的研究。我们提出了两 个新颖的模型：第一个模型是通过改变中心柱子的温度得到，第二个模型是通过改变 中心柱子温度同时将中心方柱旋转45度角得到。我们得到了一些非常重要的结论：对 于模型一，当声子晶体温度大于居里温度、且缺陷柱体温度小于居里温度时，缺陷态 将出现在宽带隙中，并且中心缺陷柱体温度越低，缺陷模频率越低；对于模型二，只 要声子晶体温度大于缺陷温度，缺陷模就将出现在宽带隙中，并且缺陷模的条数和频 率位置都会随着中心缺陷柱体温度的变化而受到影响。但是，当声子晶体的温度设置 低于居里温度时，即使中心缺陷柱体的旋转已经打破了结构原有的几何对称性，宽带 隙中依然不会出现任何缺陷模。我们还考虑并计算了中心缺陷柱体周围有热流影响的 情况，计算结果表明中心缺陷柱体周围的热流产生的温度梯度对结果的影响非常小， 几乎可以忽略。 最后，详细叙述了兰姆波在由重圆柱体以正方晶格放置在复合板两侧而构成的二 万方数据 广东工业大学硕士学位论文维声子晶体板中的传播特性的数值研究。我们的计算结果表明：两种结构得到的相对 广东工业大学硕士学位论文 维声子晶体板中的传播特性的数值研究。我们的计算结果表明：两种结构得到的相对 带宽在深度次波长范围内，明显的比二维二组元局域共振型声子晶体板高两个数量级， LL--维三组元复合板杆结构和三组元简单板复合杆结构都要高出一个数量级。基于有 效的有限元法，我们分析得到相对带宽的增宽是由板模和“双振子弹簧”模之间的耦 合导致的，它有效地增强了局域共振机制。我们计算得到的弹性波位移场很好地阐明 低频带隙打开和平带出现的物理机制。我们还发现带隙和平带都非常明显地依赖于重 杆和复合板的几何参数。 本文的创新之处在于提出了新颖的点缺陷模型和局域共振声子晶体板模型，在研 究内容方面，在不改变晶格排列方式，散射体形状、填充率、组元材料等因素下，可 以很容易地获得缺陷态，并发现了一些非常有意义的规律；在不改变声子晶体板结构 材料组成的前提下，通过构造新的板杆模型而得