納米層狀有序結構中彈性波的傳播特性研究

《納米層狀有序結構中彈性波的傳播特性研究》是依託北京交通大學，由陳阿麗擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米層狀有序結構中彈性波的傳播特性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳阿麗
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

本項目的研究將主要集中於從理論和實驗方面來考察彈性波在納米層狀有序結構中傳播時若干基本的波動特性，將同時考慮單一模態的反平面波和耦合模態的平面波傳播。主要內容包括：首先針對較簡單的層狀納米周期結構，研究彈性波在其中傳播時的波動傳播特性、頻帶結構、局部化及聲聚焦問題；在此基礎上，研究由於製造誤差或材料本身缺陷而形成的具有微小失諧的納米層狀結構和具有Fibonacci或Thue-Morse等排列的納米層狀有序結構，考察材料組合和結構幾何拓撲對彈性波傳播的影響。研究彈性波在上述納米層狀有序結構中的傳播、局部化及聲聚焦等問題；進一步討論彈性波在具有缺陷的納米層狀有序結構和Lamb波在有序板中的傳播問題；結合上述理論分析，開展有關納米層狀有序結構的試驗研究探索波在其中傳播的測量方法和技術。該項目的研究為這種新型的功能材料和結構走向工程套用提供理論基礎。

結題摘要

層狀有序結構是指不同材料以一定的排列序列而形成的一種複合結構，包括層狀周期結構和一些具有特殊替換規律的結構，比如準周期結構或者具有缺陷的周期結構。實際上層狀有序結構也被稱為一維聲子晶體，聲子晶體概念的提出及其帶隙特性在聲檢波器、濾波器、波導、感測器等方面的廣泛套用，使得其帶隙特性受到更多研究工作者的重視。通訊和醫藥工程等領域的快速發展要求聲學器件的尺寸必須越來越小，納米級聲學器件或聲子晶體應運而生。眾所周知，當一個體系的尺寸在幾個納米尺度範圍內時，必須要考慮尺度效應的影響。力學性能的尺度效應是納米結構套用中最重要的問題之一，而基於經典連續介質理論的力學模型已經不能準確地解釋這些現象。本申請項目主要進行了以下研究：1.基於非局部理論和傳遞矩陣法研究了彈性波在一維納米聲子晶體中的傳播問題，利用局部化因子和頻散曲線表征了結構的頻帶特性，同時討論了反平面波和面內波的情形；2. 研究了彈性波在一維納米近周期聲子晶體中的傳播問題，近周期主要包括具有Fibonacci排列的準周期結構、隨機失諧結構和具有缺陷的結構；3. 基於壓電非局部理論研究了波在一維壓電納米聲子晶體中的傳播問題，討論了反平面波和面內波的情形。同時利用該理論研究了Lamb波在一維壓電納米聲子晶體中的傳播；4. 利用有限元軟體計算分析了Lamb波在一維和二維近周期聲子晶體板中的頻帶特性，針對一維情形還進行了實驗研究；5. 針對熱波在層狀周期結構中傳播時的頻帶特性進行了初步探索。該項目的研究為納米層狀有序結構這種新型的功能材料和結構走向工程套用提供了一定的理論基礎。