适应于热-声场的各向异性声子晶体设计及特性分析

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在热声振环境中,设计能适应多场环境影响的多功能材料对实际工程应用具有十分重要的意义。本文使用同一种材料,设计了二维各向异性声子晶体模型。该模型不仅能使热流发生偏转,而且在低频处形成了宽带隙。首先,将模型的基体设计为螺旋叠层,以不同高度的弧形构件构成了各向异性基体,并将模型的振子设计成椭圆柱,通过各向异性的基体与振子的共同作用,引导热流的传播方向。增加振子与基体的高度比,使振子与基体的质量比增大,以此将带隙的位置降至低频处。最后通过数值模拟验证了所设计的声子晶体的弹性特征,并揭示了模型的铺设角与热环境对带隙位置及宽度的影响,研究发现可以通过改变环境的温度与模型的铺设角对带隙位置进行调控。并构建了由该各向异性声子晶体模型的单胞组成的有限板件,通过热传导计算,发现热通量从初始的水平传播方向偏转至y方向,以此来实现热流的调控。这些特性为声子晶体的带隙设计提供了新的思路之一,并且对于适应热-声场的多功能材料的设计具有参考价值。
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