基于声子晶体的声波调控

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1、中图分类号：V215.3论文编号：102870118-S058学科分类号：080101硕士学位论文基于声子晶体的声波调控研究生姓名欧扬学科、专业工程力学研究方向声子晶体指导教师赵永辉教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringAcousticwavemanipulationbasedonphononiccrystalAThesisinEngi

2、neeringmechanicsbyOuYangAdvisedbyProf.ZhaoYonghuiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch18承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以

3、将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要本文主要研究声子晶体在声波调控领域的应用。声子晶体作为一种周期性结构功能材料，由两种或两种以上的材料按一定规律周期性排列构成，其具有抑制固定频率范围内声波通过的特点，某些排列方式的声子晶体结构还具有改变特定频率范围声波传播方向的特性。因此声子晶体在声波调控领域具有很大的应用价值。本文首先介绍了声子晶体的基本概念，其中包括声子晶体的结构周期性、弹

4、性波特性以及带隙特性；分别采用传递矩阵法、平面波展开法和有限元法计算了三种不同类型声子晶体的带隙特性，进而总结了三种带隙计算方法的适用范围，带隙计算结果可应用于随后的声子晶体结构设计中。设计了一种具有梯度折射率的声子晶体声学隐身结构，完成了声波入射时的声学隐身效果的数值模拟，实现了吸收不同频率，从不同方向入射声波的功能。研究结果表明，该结构在较大频率范围内具有良好的声学隐身功能；最后设计了一种声子晶体超声波扩散器结构，实现了将单方向平面超声波扩散为全方向均匀发射声波的功能。研究结果表明，该结构具有将固定频率超声波均匀扩散的功能。关

5、键词：声子晶体，声波调控，弹性波带隙，声学隐身，超声波扩散本文得到国家自然科学基金(11472128)资助，主要工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I基于声子晶体的声波调控ABSTRACTInthispaper,wemainlyfocusontheapplicationofphononiccrystalsinthefieldofacousticwavemanipulation.Asafunctionalmaterialwithperiodicstructure,phononiccrystalsarecomposedoftw

6、oormorematerialsarrangedinaperiodicsequence.Theyhaveacharacteristicthatinhibitsthepassageofacousticwavesinafixedfrequencyrange.Somephononiccrystalstructuresofcertainpermutationsalsohavethecharacteristicofchangingthedirectionofacousticwavesinafixedfrequencyrange.Theref

7、ore,phononiccrystalshavegreatapplicationvalueinthefieldofacousticwavecontrol.Inthispaper,wefirstlyintroducethebasicconceptsofphononiccrystals,whichincludethestructuralperiodicity,elasticwavepropertiesandthebandgapcharacteristicsofphononiccrystals.Theseworkformsafounda

8、tionofthefollowingstudies.Thetransfermatrixmethod,theplanewaveexpansionmethodandthefiniteelementmethodareusedtocalculatetheb