《準周期聲子晶體中的彈性波傳播和局部化》是依託北京交通大學，由陳阿麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：準周期聲子晶體中的彈性波傳播和局部化
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳阿麗
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目的研究將主要集中於探索準周期聲子晶體中彈性傳播的有效表征參數，發展其計算方法，並從理論和實驗角度深入研究準周期聲子晶體的若干基本波動特性。主要內容包括：首先針對較簡單的一維準周期聲子晶體，探索描述彈性波傳播、局部化及各種頻帶結構特徵的相應參數的定義、有效性和計算方法；在此基礎上，考查如何將這些參數推廣用於表征具有不同對稱性的二維準周期聲子晶體的波傳播特性；進一步針對固-固體系和固-流混合體系的一、二維準周期聲子晶體，深入研究其若干基本彈性波傳播特性，包括材料組合和幾何拓撲（特別是結構對稱性）等對其頻帶結構的影響、界面上波的折射和反射、準周期聲子晶體板中Lamb波的傳播等；結合上述理論分析，進行有關準周期聲子晶體的試驗研究，探索其有效波動表征參數的測量方法和技術。該項目的研究為實現對彈性波傳播的控制和調節提供新的思路，為準周期聲子晶體用於聲學功能器件的設計製作提供理論基礎。
結題摘要
準周期系統是介於諧調和無序之間的一種狀態，可以看做是諧調系統以準周期序列失諧而產生的。準周期系統具有短程無序長程有序的特徵，當彈性波在其中傳播時將同時具有傳播態和局域態。準周期聲子晶體表現出許多獨特的特性，在聲諧振器、濾波器、波導、感測器、聲學透鏡以及減震降噪控制等方面具有廣闊的套用前景。另外，準周期系統高度的對稱性使得系統的無序性更強，無序性的存在也使得彈性波在其中傳播時會出現局部化現象。本申請項目首先研究了一維固/流型準周期聲子晶體中的波傳播和局部化問題，主要是利用傳遞矩陣計算的局部化因子來表征了系統的頻帶結構，考慮了系統中的流固耦合問題。為了對比也計算了具有其他替換規則的非周期結構的頻帶結構；接著結合超元胞利用大型商業有限元軟體COMSOL Multiphysics針對二維8重和12重準周期聲子晶體進行了分析研究，計算了固-固體系平面內和反平面模態的頻帶結構，選取不同的超元胞計算了其頻散曲線並與相應周期平均結構的頻散曲線相比較，結合模態分布圖詳細討論了超元胞大小的影響，並分析了系統中彈性波的局部化現象。討論了填充率對頻帶結構的影響。結果表明，選取包含二維準周期聲子晶體的中心拼圖在內的超元胞作為計算模型可以很好的表面準周期體系的主要頻帶特徵；在其帶隙上下邊界會分離出一些類似缺陷態的平直帶，表示彈性波在其對應的頻率下出現了局部化現象；而帶隙中部出現的平直帶並不都對應著局部化模態，有些是由於模型的選取而造成的；最後針對二維固/流型8重準周期聲子晶體展開了實驗研究。同時利用有限元方法計算了二維固/流型8重準周期聲子晶體的頻帶結構和透射譜。兩種方法得到的帶隙結果基本吻合，表明利用該實驗系統來測量準周期聲子晶體的彈性波傳播特性是有效的，有限元計算得到的頻帶結構顯示：二維固/流型準周期聲子晶體帶隙中沒有明顯的平直帶出現。該項目的研究為實現對彈性波傳播的控制和調節提供了新的思路，為準周期聲子晶體用於聲學功能器件的設計製作提供了一定的理論基礎。
