【摘 要】
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在当今的日常生活中,很多场合下都需要单行通过,比如火车站进出口的单向旋转门只能往一个方向旋转,限行时需要采用单行道行驶等,这些措施明显提高了工作效率。类似地,声波在某些周期性复合材料结构中只能沿着一个特定的方向传播,即声不对称传播特性,属于带隙特性的一种,在能带图中一般被称为方向带隙。由于这种特性在许多领域如声二极管和医疗超声设备等方面有着广泛的应用前景,成为研究的热点课题。因此,对声子晶体不对称
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在当今的日常生活中,很多场合下都需要单行通过,比如火车站进出口的单向旋转门只能往一个方向旋转,限行时需要采用单行道行驶等,这些措施明显提高了工作效率。类似地,声波在某些周期性复合材料结构中只能沿着一个特定的方向传播,即声不对称传播特性,属于带隙特性的一种,在能带图中一般被称为方向带隙。由于这种特性在许多领域如声二极管和医疗超声设备等方面有着广泛的应用前景,成为研究的热点课题。因此,对声子晶体不对称传播的透射谱进行优化,在正向传输时可以使得声波在较宽通带频率范围内有较大的透射率,这对于能量和信息传输具有重要的意义。本文在综述了声子晶体的理论、研究方法及研究现状和进展的基础上,构建流固型声子晶体模型来探究其声不对称传输特性。采用有限元方法获得声子晶体的透射谱,并结合径向基代理模型和遗传算法对其进行多目标优化,最后对优化后的方案进行验证和详细讨论。主要内容为:(1)构建流固耦合声子晶体。利用有限元方法和时域有限差分法计算传输谱并进行对比,说明这两种方法的正确性。在此基础上构建水-铜声子晶体,通过改变模型的各个几何参数,运用有限元方法研究了各参数变化对有效通带频率、透射率峰值和峰值频率的影响。(2)采用最优拉丁方抽样方法对各几何参数进行采样,然后对抽样的样本点采用有限元方法进行求解获得目标函数值。最后用这些数据构建径向基代理模型并采用拟合精度检验方法验证响应面模型的精确性。(3)建立声波在流固耦合声子晶体中不对称传播的多目标优化数学模型,以各个结构参数为设计变量,对声不对称传播特性的有效工作频率和透射率峰值进行多目标优化。优化后获得了一组帕累托前沿,对该前沿上一些特殊点进行详细分析,然后验证和讨论得到的最优方案并对优化前后的传输谱进行对比。
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