聲子晶體減振性能研究與優(yōu)化設計.pdf

1、聲子晶體結構是一種由單胞在空間中周期排布形成的結構。聲子晶體具有帶隙特性，即存在某個頻率范圍，頻率在該范圍內的彈性波不能通過聲子晶體而繼續(xù)傳播，而在該頻率范圍外的彈性波可以通過聲子晶體。相應的頻率范圍就稱為帶隙。聲子晶體的這種帶隙特性使其在減振方面有著廣闊的應用前景。
　　本文首先對工程中常見的圓管和夾層板結構進行了改進，使其具有帶隙特性。通過計算發(fā)現(xiàn)圓管型局域共振聲子晶體三維振動形式具有較低較寬的帶隙。中間層材料彈性模量及散射體

2、密度對于單胞帶隙特性影響最為顯著。中間層材料彈性模量很小或很大，或散射體密度很小，都不利于單胞帶產(chǎn)生隙;散射體密度足夠大時，相對帶隙隨中間層彈性模量的增大而先變大后變小。對于夾芯板類結構，附加在點陣結構腹桿上的包裹層以及四邊形蜂窩芯材內部的金屬塊成為相應單胞的散射體，改變了結構中彈性波的傳播方式，從而使相應夾層結構產(chǎn)生了帶隙特性。
　　本文還研究了珍珠層復合堆疊材料的能帶特性，發(fā)現(xiàn)其具有較寬較低的帶隙頻率。此材料（二維）可以產(chǎn)生很

3、寬的彈性波頻率衰減區(qū)，這和其豐富的帶隙結構有關，其帶隙結構較高階的頻散曲線會出現(xiàn)多條平直帶，從而出現(xiàn)多個較連續(xù)的帶隙。由此得到啟發(fā)，本文設計了一種具有良好帶隙特性的層疊式方柱型聲子晶體單胞，可以大幅衰減振動頻率在帶隙范圍內的彈性波，減振效果顯著。聲子晶體結構中影響帶隙特性的設計參數(shù)主要是外層材料密度以及中間層材料彈性模量。一周期聲子晶體結構具有良好減振特性，減振效果隨著周期數(shù)的增加愈加明顯。
　　本文最后為了對二維聲子晶體單胞進行

4、拓撲優(yōu)化設計，分別用移動漸近線方法(MMA)和遺傳算法(GA)及兩種方法相結合的方法求解了其拓撲優(yōu)化問題。兩種算法相結合的求解策略可以避免初始解選取問題并提高計算效率;材料填充率、填充材料聚集程度及對稱性是單胞帶隙形成的決定性因素。較大的相對彈性模量和相對密度使最優(yōu)拓撲構型具有較大的帶隙寬度，較小的相對彈性模量和較大的相對密度使構型中心頻率較低，且材料參數(shù)影響最優(yōu)拓撲構型。
　　本文對聲子晶體進行的設計與優(yōu)化將為新型低頻減振結構的