声子晶体是具有声波/弹性波带隙特性的周期性声学人工结构,当声波在声子晶体中传播时,在特定频率范围或入射角范围内的声波将会受到抑制作用(即声子晶体的频率选择透过性和方向选择透过性),从而无法传播,形成所谓的声波带隙。声子晶体的禁带效应可用于众多声波操控领域,例如,声滤波器、隔声减震、声波单向传输器件设计等领域。目前,声子晶体禁带的形成机制主要包含两种,Bragg散射机制和局域共振机制,相应的声子晶体分别称为Bragg散射型声子晶体和局域共振型声子晶体。其中,Bragg散射型声子晶体禁带虽然具有较宽频带,但其禁带波长远小于结构尺寸,不利于低频声波的调控;局域共振型声子晶体能够在极低的频率范围实现声波禁带,可是其较窄的频带范围为局域共振型声子晶体的应用造成了了一定的限制。2008年,El.Hassouani等指出,除了Bragg散射型禁带和局域共振型禁带,一维流固声子晶体中还存在着特殊的零点传输型禁带。该类型禁带在整个频带范围内均有分布,并且仅需极少的周期数即可实现声波的高效截止,这意味着该类型禁带在亚波长声操控领域有巨大的潜在应用价值。然而,已有研究表明,零点传输型禁带低频范围角度单一且角宽度十分狭窄。此外,利用零点传输型禁带可构建亚波长声波单向传输器件,然而受角宽度限制,无法实现宽角度范围的声波单向传输。因此,本文开展了一维三元流固型声子晶体低频禁带特性及其声波单向传输应用研究。除第1章绪论和第5章总结与展望外,具体工作如下:在第2章中,介绍了声波在各向同性均匀介质中传播的基本理论,详尽地推导了声波在单个周期一维三元流固声子晶体中传播的传递矩阵,得出了声波通过有限周期一维三元流固声子晶体透射率的计算方法;基于Bloch定理,建立了无限周期情况下一维三元流固声子晶体能带结构的数值计算方法。分析了声波通过一维三元流固声子晶体的透射谱和能带结构的对应关系。在第3章中,首先,基于第二章传递矩阵法,指出了一维三元流固声子晶体的低频双禁带特性。进一步,通过控制变量法分析了材料和结构参数对一维三元流固声子晶体零点传输型禁带角度宽窄和位置的调控规律。研究了固体材料参数的微小变化导致的双禁带形成过程,发现双禁带的形成对两个固体层固体横波声速的差异和纵波声速的差异较为敏感,仅两个固体层密度存在差异时难以实现禁带分离。此外,研究了有限周期结构的周期数对低频双禁带形成的影响。最后,比较了相同固体层数下,二元流固声子晶体级联结构和一维三元流固声子晶体的透射谱,发现三元流固结构始终存在双禁带现象,不易形成耦合禁带。在第4章中,针对目前基于零点传输型禁带的声波单向传输器件存在入射角范围十分狭窄且单一的问题,本章结合声栅的波前调控作用和一维三元流固声子晶体的低频双禁带特性,设计了亚波长宽频多角度声单向传输器件。首先,介绍了基于COMSOL Multiphysics仿真软件的有限元法基本思想和主要步骤。基于COMSOL Multiphysics建立了多角度声波单向传输结构的有限元模型。其次,结合一维三元流固声子晶体全向透射谱和声栅方程,阐述了声波单向传输的反向截止和正向导通机制,并利用单向传输时正向透射和反向截止的声压及位移分布图验证了结构的声波单向传输特性。此外,计算了声波正向和反向透射率随角度变化关系,分析了单向传输的角宽度,并计算了其频带宽度。最后,基于结构和材料属性对零点传输型低频禁带的调控作用,实现了对声波单向传输角范围的有效调控。