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近年来,声子晶体的能带结构研究引起了人们极大兴趣。声子晶体由不同弹性性质的材料周期复合而成。在其能带结构中观察到了禁带现象,频率位于禁带的声波完全不能通过声子晶体。声子晶体的这种隔声特性在工程上有着广泛的应用价值,如形成无振动的测量环境(对高精度的测量十分必要)和设计高性能的声学滤波器及新型声学换能器等。声子晶体还表现出丰富的物理现象:表面态,缺陷态,Anderson局域化等。
同时Lamb wave在周期性材料中的传播特性也得到了越来越多的重视,因为Larab wave在无损检测中表现出巨大的潜力。特别是近年来发展起来的复合材料板以其密度小,强度高、耐高温等特点而被认为是航空航天工业的理想新材料。而Lamb波自然成为在线检测板状构件的有力手段。
Lamb wave的另一重大应用是近年来发展起来的Lamb wave微传感技术,边界上物理、化学、生物等条件的变化引起Lamb wave传播速度的改变,测出声速的改变就可以推断出边界上微小质量、应力、粘滞等的变化,Lamb wave微传感器因其灵敏度高、体积小以及可以工作在液相中等特点,而在物理、化学、环境监测、生化过程等的实时监测方面具有潜在的应用价值。
本文致力于Lamb wave在周期和准周期结构声子晶体中声禁带现象的研究。
第一章绪论部分概述了工作的研究背景,对近年来国内外声子晶体的研究发展和研究热点做了简单介绍。
第二章介绍了能带理论的基本概念。
第三章应用平面波展开法研究了Lamb wave在一维和二维周期结构材料中的能带结构。
第四章介绍了有限元法的基本概念和动力学求解过程计算公式的推导。利用有限元计算了Lamb wavc在一维和二维周期结构材料中的传输能量谱。并且和第三章平面波展开法计算得到的能带图进行比较,取得了很好的一致。
第五章详细介绍了Lamb wave在一维准周期结构板中的禁带结构。分析了一维准周期材料中L/D,Fibonacci准周期层数以及填充率f对Lamb wave禁带分裂的影响。
第六章详细介绍了Lamb wave在一维带衬底周期结构板中的禁带结构。分析了不同种类衬底和衬底厚度对Lamb wave禁带的影响。
第七章给出了本文的主要结论。
本研究工作对Lamb wave理论与技术的贡献在于:
1.本文利用平面波展开法和有限元研究Lamb wave在周期结构材料中的传播特性。证明了Lamb wave在周期结构材料中传播同样存在禁带。
2.研究了Lamb wave在一维准周期结构板中的禁带结构。和周期结构中的Lambwave禁带进行了比较,发现了在一维准周期材料中Lamb wave禁带发生了分裂现象,并且禁带分解的数目随着L/D参数的变化而变化。
3.利用虚平面波展开法和有限元研究Lamb wave在一维带衬底周期结构板中的禁带结构。分析了不同种类衬底和衬底厚度对Lamb wave禁带的影响。