《多場耦合的理想/失諧複雜周期結構中波的傳播》是依託蘭州大學，由郭永強擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多場耦合的理想/失諧複雜周期結構中波的傳播
- 依託單位：蘭州大學
- 項目負責人：郭永強
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在結構-功能一體化設計的推動下，結構形式、服役載荷及使用環境都比較複雜的周期結構在許多領域得到了越來越廣泛的套用，因而開展複雜周期結構多場耦合波動力學問題的研究具有重要的科學和工程意義。本項目將從桿梁、三維熱/電/磁耦合理論出發，從結構波動的角度，採用回傳射線矩陣法對各種理想/失諧複雜周期框架和層狀結構在力場、溫度場、電場、磁場、周圍介質、嵌有或貼上智慧型元件等多場耦合環境中的動力行為進行精確的理論研究，開發通用程式以藉助計算機求解大型/複雜周期框架和層狀結構的多場耦合動力行為，考察構形和尺寸、材料特性、邊界條件等因素對結構多場耦合波動力學行為的影響以及這些因素的失諧造成的波動局部化現象。本項目的開展，有助於準確把握多孔和層合周期結構（材料）、智慧型周期框架和層合波動器件在多場耦合作用下的動力行為，從而指導這類結構（材料）的靈活性和功能性設計、使用和評估，也為相關的簡化分析和數值模擬提供參照。
結題摘要
在結構-功能一體化設計的推動下，結構形式、服役載荷及使用環境都比較複雜的周期結構在許多領域得到了越來越廣泛的套用。例如：周期框架結構型點陣材料作為新一代的輕質高強多孔材料有望用於各種太空飛行器中，周期層狀結構型Bragg反射體可用於高性能體波諧振器Solidly Mounted Resonator中。因而，開展複雜周期結構中多場耦合波傳播的研究具有重要的科學和工程意義。本項目針對工程中常見的彈性/智慧型周期框架結構和周期層狀結構中彈性波的傳播，從理論分析、彌散特性、頻帶曲線的參數依賴性和頻帶曲線的形成機理等方面進行了系統的研究。首先，結合周期結構的Floquet-Bloch原理，將回傳射線矩陣法（MRRM）引入到包括彈性/智慧型周期桿、周期梁、一般周期框架結構和一般周期層狀結構的彈性波傳播分析中。其次，編制相應的周期框架結構和周期層狀結構中彈性波傳播分析的回傳射線矩陣法電腦程式，結合算例得到周期桿中縱波、周期梁中彎曲波、一般周期框架結構中耦合波和一般周期層狀結構中彈性波的各種彌散曲線及其特點，討論了基本單元的結構構型、幾何/材料參數對彌散曲線的影響。最後，基於簡單的周期桿、周期梁和周期層狀介質模型，分別推導縱波、彎曲波和SH波彌散方程的閉合形式，從數學和物理的角度給出頻帶曲線的形成機理和核心影響參數。研究發現：（1）建立的周期框架結構和周期層狀結構中多場耦合波傳播分析的回傳射線矩陣法，可考慮各種形式的邊界條件和各種波動模態，且具有列式統一、無條件數值穩定、結果精確、求解高效、編程方便的優點，對低頻、中頻和高頻分析都適用。（2）同類周期結構中彈性波的彌散曲線具有一些共同的特性，且基本單元的結構構型、幾何/材料參數對彌散曲線的影響明顯，它們都是頻帶的寬度和中心頻率的影響因素。（3）周期桿、周期梁和周期層狀介質中特徵縱波、彎曲波和SH波的頻帶結構是由相應胞元中等效縱波、彎曲波和SH波的彌散曲線形成的，形成機理包括域的摺疊效應、波的干涉現象（和剪下模態波/SH波的截止特性）。胞元的特徵時間、構件的特徵時間和構件的頻帶係數乘積（特徵阻抗）比是影響頻帶結構形成的核心參數。本項目的研究結果給出了彈性/智慧型周期框架結構和周期層狀結構在多場耦合作用下的動力行為，可用於指導這類結構的功能性設計、使用和評估，也可為相關的簡化分析和數值模擬提供校驗手段。
