嵌套型开缝圆管声子晶体的带隙影响因素研究

包凯,陈天宁,王小鹏,王放,张振华

(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)



嵌套型开缝圆管声子晶体的带隙影响因素研究

包凯,陈天宁,王小鹏,王放,张振华

(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)

针对开缝管声子晶体结构的带隙起始频率较高和带隙不易调节的问题,基于亥姆霍兹共鸣效应,提出了一种嵌套型开缝圆管声子晶体结构,为了研究该结构的带隙影响因素,根据Bloch定理和Helmholtz方程,利用有限元法对该结构的禁带和透射系数进行了数值计算并搭建实验台进行了实验验证,获得了在晶格常数不变情况下该结构的带隙影响因素和禁带调节方法。研究结果表明,嵌套型开缝圆管结构具有低频禁带特点,能够在500 Hz左右得到宽禁带。在晶格常数恒定的条件下,内管缝向和位置参数对结构的低频禁带具有有效的调节作用,能够将低频禁带起始频率降低到250 Hz,其原理为产生并增强亥姆霍兹共鸣效应,因此这种禁带调节方法在声子晶体制备后仍然能够实现多频段、宽频带的带隙调节。同时,玻璃棉能够有效地增强嵌套型开缝管声子晶体结构的吸声性能,并对拓宽禁带有积极的效果。该研究成果为开缝管声子晶体的禁带调节提供了理论依据和有效方法,在低频噪声控制方面具有潜在的应用前景。

声子晶体;低频带隙;嵌套型开缝管;玻璃棉;噪声控制

声子晶体是一种散射体周期性排列在基体中形成的新型复合材料,一定频段的声波在该复合结构中会强烈衰减,从而产生声子禁带[1-2]。……