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声子晶体板中低频完全禁带形成机理研究
  • ISSN号:0253-987X
  • 期刊名称:《西安交通大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O799[理学—晶体学]
  • 作者机构:[1]西安交通大学机械工程学院,西安710049, [2]西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,西安710049
  • 相关基金:长江学者和创新研究团队发展计划资助项目(IRT1172);国家自然科学基金资助项目(51275377).
中文摘要:

针对固体基局域共振型声子晶体中难以出现100Hz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59~103Hz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。

英文摘要:

A novel phononic crystal plate is proposed to obtain a complete band gap below 100 Hz for the application of localized resonance phononic crystals (LRPCs) to the reduction of low- frequency vibration control in engineering. The structure of the plate is composed of double-sided taper composite stubs which are deposited on a 2D locally resonant PC plate, and its theoretical properties are studied. The dispersion relationship, the power transmission spectrum and the displacement fields of the eigenmode are calculated using a finite element method. It is shown that the coupling between the local resonance mode and the Lamb wave mode follows the modal superposition principle and is responsible for the formation of the band gaps. Moreover, the spring-mass system of the resonator is decoupled by introducing the rubber filler, and then the out-of-plane band gap and the in-plane band gap are adjusted into the same lowest frequency range respectively. As a result, the frequency range of the generated complete band gap is between 59 Hz and 103 Hz due to the overlap between the in-plane and out-of-plane band gaps. This study provides an effective way for phononic crystals to obtain complete band gaps in low-frequency range (below 100 Hz), and has potential application to the reduction of low frequency vibration.

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期刊信息
  • 《西安交通大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人共和国教育部
  • 主办单位:西安交通大学
  • 主编:陶文铨
  • 地址:西安市咸宁西路28号
  • 邮编:710049
  • 邮箱:xuebao@mail.xjtu.edu.cn
  • 电话:029-82668337 82667978
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-987X
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1069/T
  • 邮发代号:52-53
  • 获奖情况:
  • 美国《工程索引》(EI光盘版)定期收录的中文期刊,《中文核心期刊目录总览》综合类核心期刊,科技部《科技论文统计与分析》统计源,《中国科学引文数据库》刊源,获全国高校优秀科技期刊一等奖,“百种中国杰出学术期刊”称号,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27275