二維聲子晶體的Schoch效應及其調控.pdf

1、經過二十多年的發(fā)展，一種存在彈性波帶隙特性、結構呈現(xiàn)周期性排列的復合聲學材料或結構，即聲子晶體，引起了越來越多的國內外學者的廣泛關注。這主要得益于聲子晶體擁有豐富的物理內涵以及廣闊的潛在應用前景。它的基本特征為：其一是存在聲子帶隙，這是其最顯著的物理特性，即聲子帶隙內頻率對應的彈性波/聲波傳播將受到抑制，在聲子晶體里會呈現(xiàn)指數衰減，而不能傳播，而其在通帶范圍內頻率對應的彈性波/聲波將可以實現(xiàn)無損耗地傳播；其二是具有缺陷態(tài)特性，當聲子晶體

2、內部存在點缺陷、線缺陷或面缺陷時，則帶隙頻率范圍內的彈性波/聲波會被局域在點缺陷，或沿著線缺陷或面缺陷處傳播。這些特性使得聲子晶體可以設計成各式各樣的新型聲學器件，在機械振動、集成聲學及聲通信等領域有著廣闊的應用前景。聲子晶體作為一種新型人工周期性結構功能材料，已觀測并證實具有許多獨特的物理現(xiàn)象，如聲聚焦，自準直，負折射，Schoch效應。本文主要對聲子晶體Schoch效應展開研究，通過有限元方法，研究自準直聲波在二維三組元聲子晶體表面

3、和聲學超表面上（以下簡稱超表面）的反射，實現(xiàn)了對聲子晶體的正向Schoch效應和超表面的負向Schoch效應的研究。本論文的內容安排如下：
　　第一章首先介紹聲子晶體的概念及其基本特點，然后討論了聲子晶體國內外的研究現(xiàn)狀，最后敘述聲子晶體的幾個重要特性。
　　第二章介紹了理想彈性介質條件中的彈性波波動方程，并利用散度和旋度算子分離出橫波和縱波。介紹二維聲子晶體三種常見的排列結構和聲子晶體帶隙的各種計算方法及其優(yōu)缺點，從彈性力

4、學基本原理出發(fā)著重地介紹了有限元方法。
　　第三章針對二維三組元聲子晶體Schoch效應進行了研究。本章設計了一種二維三組元聲子晶體-表面-水結構，通過有限元方法仿真了自準直聲波束在聲子晶體-表面層界面的反射情況，觀察到了聲子晶體表面的Schoch效應，并獲得反射波束產生Schoch位移與結構的關系。同時，利用模型超胞的能帶結構，分析了這一現(xiàn)象的原因，發(fā)現(xiàn)由于類波導模與體模的干涉作用，導致反射波束的非鏡面反射，即Schoch效應的

5、產生是類波導模與體波模相互耦合的結果。另外，通過改變表面層包層的半徑，得到Schoch位移與包層的半徑的依賴關系。最后通過增加表面層層數，調控兩層相同核圓柱的包層半徑，實現(xiàn)了對Schoch位移的增強，達到了對Schoch效應調控的目的。
　　第四章主要研究聲波在超表面上反射的負向Schoch效應。通過在水中設計材料結構，實現(xiàn)水中負相位梯度超表面，進而研究超表面上聲波反射的負向Schoch效應。研究結果表明在設計的超表面上能夠明顯的