声子晶体板中低频完全禁带形成机理研究

李锁斌,陈天宁,奚延辉,王小鹏

(1.西安交通大学机械工程学院,710049,西安;2.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安)



声子晶体板中低频完全禁带形成机理研究

李锁斌1,2,陈天宁1,2,奚延辉1,2,王小鹏1,2

(1.西安交通大学机械工程学院,710049,西安;2.西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,710049,西安)

针对固体基局域共振型声子晶体中难以出现100 Hz以下的完全弹性波禁带问题,提出了一种新型声子晶体板,其结构由锥形复合散射体周期性阵列于一个二维二组元声子晶体板两边构成。采用有限元方法对其禁带特性和禁带形成机理进行理论研究,获得了声子晶体板中低频完全禁带的形成机理以及禁带调节规律。研究发现,不同形式的板波模态与对应的局域共振模态依据模态叠加原理相互耦合生成面内、面外两种禁带,二者叠加形成完全禁带;散射体振子的等效弹簧质量系统耦合是难以产生低频完全禁带的主要原因。研究结果表明:新型声子晶体板中散射体振子的等效弹簧质量系统可被引入的橡胶填充体解耦,致使面内、面外禁带分离;引入的锥形复合散射体可使相互分离的面内、面外禁带被同时单独调节至低频发生重叠,最终生成了一条频率范围为59～103 Hz的低频完全禁带。研究结果和结论可将声子晶体应用于工程结构低频减振中。

声子晶体板;低频完全禁带;低频禁带机理;低频减振

声子晶体是由散射体周期性排列于基体中形成的一种新型人工周期性复合材料或结构,当弹性波通过时,部分频段会被抑制,这种特性称为声子禁带[1-3]。……