基于聲子晶體的周期結(jié)構(gòu)帶隙機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、聲子晶體是一種具有彈性波帶隙的結(jié)構(gòu)和材料，由于通常情況下聲子禁帶起始頻率很高，難以滿足噪聲控制的需要。正是這方面的原因，導(dǎo)致聲子晶體在噪聲控制應(yīng)用上受到了限制。所以本文圍繞周期結(jié)構(gòu)的帶隙機(jī)理，特別是低頻帶隙機(jī)理進(jìn)行了深入研究，揭示其影響帶隙有效衰減特性的關(guān)鍵因素。同時(shí)，本文也將解決周期性結(jié)構(gòu)在低頻降噪應(yīng)用方面所面臨的瓶頸問題，并把該項(xiàng)目的研究成果應(yīng)用于汽車的噪聲控制，為進(jìn)一步提高我國汽車的整體綜合性能提供技術(shù)保障。周期性結(jié)構(gòu)的帶隙機(jī)理研

2、究具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。 本學(xué)位論文主要作出了以下幾個(gè)方面的研究工作： 研究了人工編織一維二元聲子晶體，通過建立人工一維二元聲子晶體動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算了其彈性波帶隙，并且從理論上找到了一種帶隙起始頻率低且?guī)捄軐挼囊痪S聲子晶體理論結(jié)構(gòu)，為實(shí)際構(gòu)建用于噪聲控制的周期性結(jié)構(gòu)提供了理論依據(jù)。 首次研究了傳統(tǒng)多層結(jié)構(gòu)中的無限周期性多層結(jié)構(gòu)的彈性波帶隙，通過建立周期性多層結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模型，計(jì)算了其帶隙。在此基礎(chǔ)上研究了有限

3、周期多層結(jié)構(gòu)的傳輸特性曲線即頻響曲線。實(shí)例數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：頻響曲線上彈性波衰減較大的頻率區(qū)間與無限周期結(jié)構(gòu)的彈性波帶隙一致，所以通過選擇合適的材料，能夠得到低頻的聲子帶隙。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了周期性多層結(jié)構(gòu)的帶隙存在。 從二維周期性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)方程出發(fā)，建立了二維帶隙計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上分析了帶隙與材料結(jié)構(gòu)特性的關(guān)系。實(shí)例數(shù)值計(jì)算結(jié)果證明：理論結(jié)果與試驗(yàn)仿真計(jì)算結(jié)果是一致的。 根據(jù)三維有限周期結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，通過對(duì)有限周期結(jié)構(gòu)的有限

4、元的劃分，得出了三維有限周期結(jié)構(gòu)振動(dòng)傳輸特性的微分方程；分析了不同結(jié)構(gòu)形式和基體材料對(duì)傳輸特性的影響。 要把周期性結(jié)構(gòu)成功應(yīng)用于車內(nèi)噪聲控制，還必須有效解決車身聲傳遞通道識(shí)別與車內(nèi)噪聲測試。而車身是復(fù)雜結(jié)構(gòu)腔體，由于其結(jié)構(gòu)和材料的復(fù)雜性，所以在聲學(xué)中求解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)及其內(nèi)部聲場是一個(gè)極其復(fù)雜的問題。為了很好解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)腔體的聲學(xué)問題，本文提出了基于“虛擬系統(tǒng)”測量復(fù)雜結(jié)構(gòu)“綜合傳遞函數(shù)”的方法，并預(yù)測復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部任意點(diǎn)的聲

5、場。為利用周期性結(jié)構(gòu)有效進(jìn)行車內(nèi)噪聲控制提供科學(xué)依據(jù)。 最后，基于前面的理論和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，本文以模擬車身為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究周期性結(jié)構(gòu)在車內(nèi)噪聲控制上的實(shí)際應(yīng)用效果，試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論的正確性。 總之，本文從車內(nèi)低頻噪聲控制的實(shí)際需要出發(fā)，通過理論分析、數(shù)值計(jì)算，深入研究了周期性結(jié)構(gòu)的帶隙機(jī)理，為人工編織周期性結(jié)構(gòu)和材料提供了理論基礎(chǔ)。本文的研究成果為振動(dòng)與噪聲控制，特別是低頻振動(dòng)和噪聲控制提供了理論依據(jù)。該研究具有重要的