文档介绍：博士学位论文声子晶体带隙调控的数值与实验研究作者:李建宝导师:汪越胜教授张传增教授北京交通大学年
:彦//年弓月∥日签字日期:加,辏辉耼╢⋯秎导师签名:学位论文的规定。特关数据库进行检索,编以供查阅和借阅。
声子晶体带隙调控的数值与实验研究作者姓名:李建宝导师姓名:汪越胜导师姓名:张传增学位类别:工学职称:教授学位级别:博士学科专业:固体力学研究方向:弹性波理论及应用北京交通大学年蓅学号:
牛,致谢本文是在导师汪越胜教授的悉心指导下完成的,导师渊博的知识、开阔而敏捷的思路、严谨的科研态度令人敬佩,让学生受益匪浅。在本人课题开展的各个阶段以及论文写作与修改等方面都倾注了导师大量的心血。值此论文完成之际,谨向导师致以崇高的敬意和诚挚的谢意。年和年在中德合作项目的支持下两次赴德国锡根大学学习和合作研究,其间张传增教授对我的工作、学习和生活均给予了无微不至的关怀和帮助,张老师与时俱进的科研精神和宽厚善良的处世方式体现了一位学者的风范。在此,向张老师致以崇高的敬意和诚挚的谢意。这里也感谢张老师课题组所有其他成员的帮助和支持感谢本校章梓茂教授、金明教授、王正道教授、兑关锁教授、税国双副教授、郭雅芳副教授、黄海明副教授、刘颖副教授、陈阿丽博士等所有力学所的老师在学习、工作和生活上的帮助。感谢课题组博士生姚宗键、亓宏刚和吴文平博士无私的支持和帮助。本工作还得到了博士生王英杰、施烨辉、李凤莲、周晓舟、史志杰、刘静、甄妮、刘晓峰、王艳峰等提供的帮助,在此一并表示感谢。特别感谢北京工业大学博士生赵寰宇、魏瑞菊在实验方面的帮助。同时也感谢康爱健老师、高斌硕士在实验方面的帮助。感谢我的母亲、岳父母、姐姐、姐夫以及所有亲人,他们的关怀与帮助是支持我积极向上,克服困难的动力。感谢我的爱人徐志华女士的理解,鼓励和支持感谢女儿渺萱带给我无限的幸福与快乐最后感谢国家自然科学基金重点项目和中德合作科研项目项目,留金出【】,.淖手¨
中文摘要高。借助上述方法计算并研究了二维简单晶格、。本文借助商用有限元软件诩扑声子晶体蓅且恢志哂兄芷谛越峁共⒊氏值圆ù短卣的声学功能材料。在带隙频率范围内,弹性波或声波不能通过结构传播。该特性使得声子晶体在隔声降噪和声学器件设计等方面具有广泛的应用前景。因此,近规模、速度、准确性等方面的优势,发展了基于的能带有限元方法,研究了声子晶体几何结构参数对带隙及缺陷态调控的若干问题。主要内容包括:针对固/固体系的声子晶体,发展了基于标准有限元软件的能带有限元方法,并借助于特征值求解器对平面波展开方法的计算速度和精度进行了改进。数值结果表明,借助特征值求解器可以显著提高平面波展开法的计算速度和精度,但有限元方法在求解速度和收敛性方面有更大的提固/固声子晶体的能带结构。结果表明,当散射体半径较小时在低频区域内能够打开较多的带隙:等半径球体填充和等填充率条件下三维面心立方结构容易获得较宽的带隙,等填充率下球形散射体比立方散射体打开的带隙较宽。基于砑⒄沽丝悸巧⑸涮逵牖辶鞴恬詈献饔玫哪艽邢拊7椒ǎ研究了二维和三维固/流和流/固声子晶体的能带结构特征,结果表明该方法能够准确地计算固/流和流/固体系的能带结构,特别对于流/固体系,克服了平面波展开法求解此系统时随机出现非物理平带的困难,计算揭示了在低密度流体散射体的流/固体系缈掌烫的能带结构中出现的大量具有明确物理意义的平带代表了流体散射体的局域共振模态,当流体密度增加时,平带逐渐消失。利用发展的方法计算并分析了二维和三维含有舱衿鞴蹋流声子晶体的带隙特征。结果表明:舱袂凰哂械牡推倒舱裉匦可以使该系统的能带结构在低频处打开一个窄的带隙,且可以通过调节舱袂坏慕峁共问吹鹘诖说推荡兜目矶群臀恢谩结合超胞技术,将上述基于的能带有限元方法推广用于求解含缺陷声子晶体的能带结构,计算并分析了二维和三维固/固声子晶体的点、线、面缺陷态及其在微谐振腔和波导设计中的应用;同时利用有限元数值模拟和超声实验测试研究了基于固/液声子晶体的波导、分离器和耦合器等声学器件的设计。结果表明,通过引入共振单元并调整其结构形式可以有效调控波导、分离器和耦合器的波传输特性。分别基于三维理论和薄板及厚板理论,将基于哪艽邢拊7椒ㄍ乒用于求解固/固声子晶体板中齦ê屯淝ǖ哪艽峁梗芯苛硕
觚琫词骄Ц裆泳灏逑喽杂诩虻ゾЦ癜甯菀状蚩M淝ù叮板中琣波的第一完全带隙基本主要由鷅波的反对称模态淝控描述板的弯曲行为,与厚板理论的结果有较大的区别。当散射体半径较小时,带隙;当板厚逐渐增大时,带隙宽度呈现增大的趋势,而且带隙有合并的现晶格声子晶体板中弯曲波的能带结构特征。结果表明,声子晶体制,因此可用板理论研究声子晶体板的带隙特征。当板厚较小时,基于薄板和厚板理论的解有很好的一致