基于拉伸主导的热膨胀点阵超材料带隙特性分析

刘成龙，吕树辰，许卫锴

(沈阳航空航天大学 辽宁省飞行器复合材料结构分析与仿真重点实验室，沈阳 110136)

声子晶体(Phononic crystal,PnCs)[1-3]是一种具有空间周期性结构的复合材料。当弹性波或声波通过声子晶体时会形成能带结构，从而在一定的频率范围内形成通带或禁带，在禁带的频率范围中的声波/弹性波无法传播。声子晶体的带隙特性有很重要的应用价值，在滤波、减震及降噪领域都有广阔应用前景[4-8]。声子晶体带隙产生方式有Bragg散射机理[9]和局域共振机理[10]两种，根据这两种机理，可以通过改变包括材料密度、模量、声阻抗等材料参数以及晶格形式、散射体形状等结构参数实现对能带结构的调控。相比于自然材料，声子晶体具有超强的可设计性，通过声子晶体带隙调控满足不同的设计需求[11-12]的研究是各个领域研究的热点。

为了应对当前科技发展的需要，材料需要更全面的性能。对于带隙材料来说，带隙的可调谐性和多功能性成为首要考虑的问题。声子晶体带隙的影响参数主要是材料参数和结构参数，然而材料和结构在确定后就很难更改，目前的研究方向是通过施加外界的电、磁、热等物理场使得材料的性质和结构发生变化，通过控制微结构的变化实现带隙性能的调控[13]。另一方面，材料的工作环境往往存在光、电、磁、热、力等多场耦合的情况，因此对材料的属性提出了新的要求。例如，声光子晶体(Phoxonic crystal,PxC)可以同时实现声带隙和光带隙[14]。

在航空航天等领域中，结构与材料在服役过程中往往需要应对多种物理场的耦合作用，如微电机系统、高超声速防护系统等既要应对温度的变化，还要应对振动和噪声的挑战。……