摘要：针对可简化为平面应变类力学问题的超材料,根据矩形薄板筒形弯曲理论,提出该类超材料带隙特性计算的等效梁元法。应用等效梁元法和常规等效平面应变法对负泊松比超材料的多种典型构型(内六角、星形、箭形和旋转三角形)的带隙特性进行数值计算,比较两种方法在带隙计算精度、计算效率及拓扑优化中适用性等方面的差异,并经试验测试结果进行验证。研究表明,等效梁元法和等效平面应变法的带隙计算精度均较高,与实测值误差在7%以内。等效梁元法在带隙计算效率上比等效平面应变法高约50%,但拓扑优化基结构模型的规模较大,适用于杆件类超材料结构拓扑优化。等效平面应变法带隙计算效率较低,拓扑优化基结构模型的规模较小,适用于连续体类及骨架类超材料结构的拓扑优化。该研究可为带隙超材料的拓扑优化设计提供参考。

摘要：为了突破局域共振带隙带宽窄的瓶颈,并获得宽频低频带隙,本文将基于磁流变弹性体的局域共振单元应用于新型超材料梁的设计.本文采用谱元法对所设计的超材料梁进行建模计算,基于离散傅里叶变换理论和变分法构建了谱梁单元,基于力-位移关系法构建了磁流变弹性体局域共振谱单元.利用有限元法计算结果的收敛趋势检验了本文结果的正确性.通过频响曲线讨论分析了外加磁场强度、局域共振单元附加质量和单胞梁段的材料组成等因素对所设计超材料梁带隙特性的影响.研究发现,采用基于磁流变弹性体的局域共振单元设计超材料梁,可以使局域共振带隙宽度达到与Bragg带隙相当的水平,有效拓展局域共振带隙的宽度,提高该超材料梁的减隔振能力;增大磁流变弹性体局域共振单元附加质量,将减小超材料梁Bragg带隙的下界频率并拓展其带隙宽度;增加磁流变弹性体超材料梁单胞数是提高其Bragg带隙和局域共振带隙衰减能力的有效手段;单胞梁段材料构成差异越大,低频带隙越多,总带宽越大,衰减能力越强.

摘要：用平面波展开法分析计算了适合三维应用的正交和斜交叠层型电磁带隙 (EBG)结构。提供了阻带宽度与各结构、材料参数的关系曲线,为工程设计提供了优 选结构的参考数据。从大量计算数据中归纳出:(1)这两种结构都不存在三维全方 向带隙;(2)对于传播方向与层面的法线的夹角不超过一定范围(约20°)的平面电磁 波存在公共阻带;(3)对于传播方向与层面的夹角不超过一定范围(约14°)的平面电 磁波,60°斜交介质栅在两个约120°的角域内(分角线沿菱形栅格的短对角线)也存 在公共阻带,正交介质栅结构逊于斜交介质栅结构;(4)上述传播方向基本垂直于和 基本平行于层面两种情况下的各自的公共阻带,随着传播方向从角域的中心向边缘 改变,由包含到交叠到分立,取决于层叠介质栅的具体结构和媒质参数。对某文献中 的柴堆式EBG结构进行了验证性仿真,所得结果与文献中的数据相符。

摘要：基于局域共振型声子晶体的物理特性,在车体夹层板的基础上设计出由基体板、橡胶和散射体组合而成的贴附型/填充型梁板声子晶体。通过数值仿真方法从带隙特性、振动传递特性以及模态振型等方面阐述减振机理,进一步探究结构/材料参数对带隙特性的影响。研究结果表明:贴附型局域共振声子晶体由于上下面板与橡胶及铅块共振单元的耦合共振,可产生中低频弯曲带隙(77~172 Hz);填充型局域共振声子晶体内橡胶层包裹的铅柱共振单元以不同相位实现面内振动的动态平衡,可产生中低频面内带隙(117~172 Hz);有限阵列结构对实车关键部位的振动具备较为理想的衰减作用。调整声子晶体结构参数可使其带隙中心频率与目标减振频率范围一致,有助于实现车体多部位减振优化,进而验证其在车体中低频减振降噪应用中的可行性。

摘要：研究局域共振型声学超材料的带隙特性时,面临的首要问题是寻求一种带隙特性的高效解法。为此,本文以局域共振型声学超材料薄板为研究对象,提出了一种基于能量泛函变分原理及正交多项式级数展开的带隙计算方法。该方法通过合并基体板及共振子的动、势能及外力功建立元胞的能量泛函,经过变分运算得到元胞的振动控制方程,进而引入第一类Chebyshev正交多项式作为基函数将控制方程进行离散。为克服无法直接对离散控制方程中的广义坐标施加周期边界条件的困难,该方法将连续边界条件弱化到若干选定的配点上以离散方式实现,并将对应的一组线性约束条件通过拉格朗日乘子法施加到系统中。仿真结果表明,该方法具有较高的计算精度和效率,并可应用于"局域共振子-夹层板"等复合结构的带隙特性研究。本文方法为局域共振型薄壁超材料的带隙求解提供了新的思路,丰富了声学超材料的振-声学理论,并为薄壁超材料的工程设计和优化提供了技术支撑。

摘要：针对工程中的振动噪声控制问题,提出了一种声子晶体梁结构,基于周期结构的Bloch定理,采用有限元法计算了该结构能带结构、特征模态所对应的位移场以及相应有限周期声子晶体梁结构的振动传输曲线,对其展现出的带隙特性进行了研究。由局域共振带隙形成主要机理,研究了低频段振动噪声控制的声子晶体梁结构,可应用于工程中特定频率的减振降噪问题。并对比分析了声子晶体单层梁结构和声子晶体双层梁结构的带隙特性,研究了单/双层梁结构振动的通性。研究了各参数对声子晶体梁结构带隙衰减频段的影响规律,通过合理设计参数,可以实现结构特定范围的低频隔振,在船舶、大型发电机组及其他工程的振动噪声领域中具有很好的应用前景。

摘要：当前科技的发展对材料的多功能性提出了更高的要求。本文利用有限元法针对一种具有三角晶格的弯曲主导型热膨胀点阵超材料(JTCLM)进行了带隙研究,并讨论了几何参数对JTCLM单胞带隙的影响。结果表明,当JTCLM单胞存在弯曲曲率时将会产生带隙,且材料的几何参数对JTCLM点阵复合材料的带隙具有显著的影响。结果为实现热膨胀/带隙双目标的超材料设计提供了理论基础。通过合理的选材和形状设计,有望实现特定膨胀性质和带隙设计的双目标共赢,使材料具有更好的可调谐性和多功能性。

摘要：本文提出一种新型管道超结构元胞构型,其轴向振动带隙包括局域共振型和布拉格(Bragg)散射型两种带隙,该结构在2500 Hz内共有两阶带隙,且第二阶带隙频率范围较宽。分别应用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的能带结构分布及有限周期结构传输特性;搭建了包含4个元胞的管道超结构实验平台进行振动测试,并与计算结果进行对比验证;最后讨论了不同参数对其带隙分布的影响规律。结果表明,所研究管道超结构在2500 Hz内共有两阶带隙,第一阶带隙主要为局域共振型带隙,凸台和振子的几何尺寸对其影响较大,元胞尺寸对其影响较小。第二阶带隙主要为布拉格散射型带隙,带隙宽度可达923 Hz,该带隙分布随元胞长度、凸台长度和振子厚度改变而改变。合理设计结构各部分几何尺寸,可满足工程中特定频段抑振的需求。

摘要：设计了一种新型多孔压电分流超材料构型,以单、双孔元胞构型为例,研究了其带隙特性和有限周期振动传递特性,并与未开孔压电分流超材料板进行了对比分析。计算结果表明:与未开孔压电超材料相比,两种构型在低频处的压电局域共振带隙频率更低,带宽变窄,且均会在高频范围内出现额外带隙,随着孔宽δ的增大,额外带隙数量逐渐增多;对应特定的孔宽δ的两种元胞构型均产生带宽大于1kHz的超宽带隙。该构型结合了压电分流超材料和声子晶体的特点,与传统未开孔压电分流超材料相比,具备低频和高频同时抑振的特性。

摘要：基于平面波展开法研究光子晶体的带隙特性,数值模拟了横磁波和横电波在三角晶格和正方晶格构成的二维光子晶体中的带隙特性,得到了三角晶格较正方晶格更容易出现带隙,且三角晶格的横电波光子带隙较大。实验结果为光子晶体器件的设计提供理论依据。