一种五零能模式材料的声学特性及单胞结构参数分析机械制造及其自动化专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 一种五零能模式材料的声学特性及单胞结构参数分析目 一种五零能模式材料的声学特性及单胞结构参数分析 目 录 摘；要 ．．I Abstract ．．．．． ．．．．．．．，．．．．．．．， ． ．．． ．．．．．．．．．．．． ．．． ．．．．．．．．．．．．． ．． ．．． ． ． ．．．． ．．．．．．． ．．． ．．．II 1 绪{仑 1 1．1研究背景及意义 1 1．2超材料研究现状 1 1．2．1 电磁超材料 ．2 1．2．2声学超材料 ．2 1．2．3弹性力学超材料 ．2 1．2．4热学超材料 ．3 1_3五零能模式材料的研究现状 3 1．4本文研究的主要内容 6 2周期结构静态参数计算方法 一7 2．1渐进均匀化方法 7 2．2周期性边界条件 ．．IO 23渐进均匀化的实现 一lO 2．4数值算例 ．．11 2．5本章小结 ．．12 3周期结构的声学特性计算方法 13 3．1 频散关系的计算方法 ．．1 3 3．2相关基础理论及有限元法 ．．14 3．2．1 晶格理论 14 3．2．2 Floquent．Bloch理论 ．16 3．2．3有限元法 17 3．3基于COMSOLMultiphysics的有限元法的实现 ．．19 3．3．1 COMSOL Multiphysics简介 19 3．3．2 COMSOL Multiphysics分析流程 20 3．3．3 数值算例 2l 3．4本章小结 一23 4 正交各向同性单胞结构参数对五零能模式材料波速的影响 24 4．1 五零能模式单胞模型及其结构参数 ．．24 IV 万方数据 万方数据 大连理工大学硕士学位论文4．2五零能模式实体单胞波速计算 大连理工大学硕士学位论文 4．2五零能模式实体单胞波速计算 ．．24 4．2．1周期性边界条件 25 4．2．2计算结果 26 4．3单胞结构参数对波速的影响 ．．28 4．3．1 杆圆台尺寸对波速的影响 28 4．3．2 内部和边界杆圆台尺寸对波速的影响 28 4。3．3 圆台长度hJ对波速的影响 ．．30 4．3．4单胞内立方体边长对波速的影响 32 4．4本章小结 ．．35 5各向异性单胞的结构参数对五零能模式材料波速的影响 36 5．1杆的圆台尺寸不同对波速的影响 ．．36 5．1．1圆台大端直径眈对波速的影响 ．．37 5．1．2圆台小端直径远对波速的影响 ．．38 5．2单胞形状比尺对波速的影响 ．．38 5．3单胞内立方体形心位置对波速的影响 一42 5．3．1 位置参数阢对波速的影响 ．．42 5．3．2位置参数P，y=-对波速的影响 42 5．4本章小结 ．．43 6材料参数对五零能模式材料波速的影响 44 6．1 圆台尺寸对各向同性五零能模式材料波速的影响 一44 6．2形状比对各向异性五零能模式材料波速的影响 ．．45 6．3本章小结 一46 结论 ．47 参考文献 一48 附录A渐进均匀化在ANSYS上的实现 ．52 附录B有限单元法在COMSOL Multiphysics上的实现 54 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 ．．57 致{射 一58 大连理工大学学位论文版权使用授权书 ．．59 V 大连理工大学硕士学位论文1 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1．1研究背景及意义 随着科学的进步和技术的发展，现代工业环境对材料的性能要求越来越高，如高比 强度(强度／密度)、高比刚度(模量／密度)、低频带隙、良好光学特性等，而传统材料很 难满足这些要求，材料多功能性研究已成为当前学术界的重要课题。复合材料是一种应 用非常广泛的新性能材料，其宏观等效性能的改变可通过调整材料的微结构实现，在航 空、军事、汽车、核能及医学等领域的应用十分广泛。超材料作为一类新型的人工复合 材料在某些方面具有天然材料甚至是普通复合材料都无可比拟的优良性质，如负泊松比、 负磁导率和负介电常数等。超材料的研究和应用，引发了诸如国防技术、航天航空、新 能源技术等领域的巨大变革，现已成为各国的竞争焦点以及一个国家科学技术水平的评 判依据之一。 五零能模式材料(pentamode metamaterials)是一种新型的超材料，极易被剪切很难被 压缩，故其弹性性能类似于流体。该材料的体积模量远大于剪切模量，因此能够避免膨 胀波和剪切波的耦合。五零能模式材料在制作声隐身斗篷、声透镜等方面具有巨大的潜 力，因此受到科研人员的广泛关注。五零能模式材料特殊的单胞构型使得该材料在宏观 静态表现为一种可承载模式，动态表现为仅能传递一种弹性波，因此五零能模式材料的 声学特性研究是该材料研究的重要组成部分。弹性波在五零能模式材料中的传播问题很 复杂，由于波的基本特性，在整体结构中会发生反射、透射、衍射或其他一