局域共振声子晶体的优化设计与模拟的开题报告

局域共振声子晶体板的减振降噪研究郭旭1，2，崔洪宇1，洪明1（1.大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连116024；2.东风日产乘用车公司技术中心，广州510800）摘要：针对船舶设备及结构的振动噪声控制问题，提出一种附加圆柱型振子的声子晶体板结构。

基于周期结构的Bloch 定理，采用有限元方法对声子晶体板的带隙特性进行计算，并通过振动传递率和隔声损失来描述声子晶体板的隔振及隔声效果，在此基础上分析了散射体几何参数及布置形式对隔振及隔声效果的影响。

研究表明，声子晶体板在特定频率范围内具有很好的隔振及隔声效果，通过合理设计散射体几何参数及布置形式，可以实现结构的低频宽带隔振及宽带隔声，在船舶振动噪声领域中具有很好的应用前景。

关键词：声子晶体；带隙特性；船舶结构；减振降噪中图分类号：O48O734文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.04.014Research on vibration and noise reduction of local resonant phononic crystal plateGUO Xu 1,2,CUI Hong-yu 1,HONG Ming 1(1.School of Naval Architecture Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;2.Technical Center,Dong Feng Nissan,Guangzhou 510800,China)Abstract:To suppress the propagation of vibration and noise in the ship equipment and structure,a phonon⁃ic crystal plate structure was designed with additional cylindrical vibrators.Based on the Bloch theorem of pe⁃riodic structure,the band gap of the phononic crystal plate was obtained with finite element method,the ef⁃fects of vibration isolation and sound insulation were described by vibration transmission rate and sound insu⁃lation loss.Moreover,the effects of the geometric parameters and arrangement of the scatterers on the vibra⁃tion isolation and sound insulation effects were analyzed.It is shown that the phononic crystal plate has a good vibration isolation and sound insulation effect in a specific frequency range.By rationally designing the scatterer geometric parameters and arrangement form,the low-frequency broadband vibration isolation and broadband sound insulation of the structure can be realized,which supplies more application opportunities in the vibration and noise reduction.Key words:phononic crystal;band gap characteristic;ship structure;vibration and noise reduction.0引言随着船舶向轻量化、快速化及重载化方向发展，船舶的振动噪声问题日益突出。

用于汽车低频振动控制的局域共振声子晶体麻乘榕;邵晨;万庆冕;王晓娜;程营;刘晓峻【摘要】Low-frequency vibration control is an important indicator to evaluate the comfort of the vehicles. In this paper, based on the localized resonant mechanism, a quasi-two-dimensional phononic plate has been designed to suppress the propagation of the low-frequency vibration in a vehicle. The system is composed of single-sided composite cylindrical resonance units which are periodically arranged on the substrate. The bandgap of the structure is obtained with finite element method and the formation mechanism is clarified by analyzing the vibration modes and transmission spectra. It is shown that, the coupling of different vibration modes of the plate and localized resonant modes of the cylindrical units forms the in-plane bandgap and out-of-plane bandgap, and superposition of the two bandgaps forms a complete bandgap. Moreover, by tuning the parameters of materials or dimensions, the system can achieve bandgaps in frequency ranges which are required in realistic application, i.e., in frequencies lower than 100 Hz. Moreover, the designed structure can suppress the vibration of bending waves in z-direction in wider frequency range,which supplies more application opportunities to control vibration in vehicle-body panels.%低频振动的控制是评估汽车舒适性的重要指标.针对汽车板件结构的低频振动控制问题,提出了一种基于局域共振机理的新型准二维声子晶体板.其结构由单侧复合圆柱共振单元周期排布在基板上构成.通过有限元方法得到了该结构的带隙特性,并结合其振型和传输谱分析了低频完全带隙的形成机理.研究表明,不同形式的板振动模式与圆柱共振单元的局域共振模式相互耦合形成面内带隙与面外带隙,两者叠加形成完全带隙.进一步研究发现,通过改变结构的材料和尺寸参数可以将共振带隙调节到满足实际应用要求的极低频范围,可在低于100 Hz的频段形成完全带隙,并可在更宽的频带内抑制z方向振动的弯曲波,为声子晶体在车身板件减振中的实际应用提供了依据.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2018(037)001【总页数】7页(P152-158)【关键词】声子晶体;振动控制;局域共振;完全带隙【作者】麻乘榕;邵晨;万庆冕;王晓娜;程营;刘晓峻【作者单位】南京大学声学研究所近代声学教育部重点实验室南京210093;南京大学声学研究所近代声学教育部重点实验室南京210093;上海汽车工业有限公司上海201804;上海汽车工业有限公司上海201804;南京大学声学研究所近代声学教育部重点实验室南京210093;南京大学声学研究所近代声学教育部重点实验室南京210093【正文语种】中文【中图分类】O429;TB5351 引言随着汽车制造工业的进步与发展，人们对乘坐舒适度的期望也越来越高。

超声频段内声子晶体滤波器的设计与仿真张璐;孟立凡;韩建宁;杨鹏【摘要】目前,超声技术被广泛使用,超声频段内期望信号的质量成为关键因素.利用平面波展开法设计一种局域共振型声子晶体结构的带阻滤波器,对10 MHz以内的超声频段进行仿真分析.得出频率在4.5 MHz以下和7.25～10MHz为通带,该频段内亦可实现信号增强;4.5 ～ 7.25 MHz为禁带,具有较好的滤波作用.所设计的声子晶体结构体积较小,可适用于小尺寸的超声探头前端,实现原始的非电量信号直接滤波.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)016【总页数】5页(P194-198)【关键词】声子晶体;平面波展开法;超声滤波;带隙【作者】张璐;孟立凡;韩建宁;杨鹏【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051;中北大学信息与通信工程学院,太原030051;中北大学信息与通信工程学院,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP391.9超声波是频率大于20 kHz的声波，具有穿透力强、方向性好、在水中传播距离远等特点，因此在医学、军事、工业、农业领域应用较为广泛。

但在实际测量时，超声探头易受周围环境影响将带有高频的噪声信号与期望信号叠加，经过传感器同时转换为电信号，从而影响超声波信号的质量[1]。

利用一种声超常材料作为滤波器，可置于传感器前端，而无需过多复杂电路即可获取超声频段内所需要的期望信号。

声子晶体作为声超常材料的代表，具有很多天然材料所不具备的声学特性[2]，其概念最初由M.S.Kushwsha等人[3]类比光子晶体而提出，当弹性波在声子晶体结构中传播时，受其内部带隙结构影响，在一定频率范围内传播被阻止，而在其他频率范围内则可以无损耗传播[4]。

声子晶体利用这一性质可实现对声波的控制，在减振、降噪、滤波及声学透镜设计等方面具有广阔前景。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractIn the present world，noise pollution, air pollution and water pollution are recognized as the three major environmental pollutions. With the urbanization proceeding, noise pollution becoming a more serious problem which disturbing people's lives in hearing, relaxing, communication and psychological physiology. Test result shows that, the phononic crystals display good performance in noise insulation. Phononic crystals are the periodic elastic materials or structures with elastic wave band gaps which has low-frequency band-gap. It has a significant foreground application in acoustic field. The research of phononic crystal starts at 1992, and in current, only a little study on two-dimensional ternary acoustic mechanism of phononic crystals.This paper is based on previous studies, the sound waves propagate in the phononic crystal were researched. An explicit dynamic analysis software LS-DYNA are used to analyze the mechanism of locally resonant phononic crystals’ steady-state response. Finally, the main contents and conclusions of this article are as follows:(1)Comparing the numerical simulation results with experimental data test by Huajia , and comparing the core’s first-order resonance frequency with first frequency band of Wang, show that using the finite element software LS-DYNA to simulate acoustic wave in phononic crystals is effective, and the finite element model is correct.(2)With reference to single-row core experimental model of Huajia, LS-DYNA software was used to simulate a single-frequency sound waves vertically incident phononic crystals, and the process of wave propagation phenomena and laws were summarized, and combined with theoretical analysis, shows that: The longitudinal wave propagation to the coating layer interface, then the modal shift, resulting in transverse and longitudinal waves. The coating and the core have a significant barrier to the sound waves spread the matrix, in which the role of coating layer is larger, the attenuation rate of before and after the location is 77%, while the same thickness uniformity plate attenuation value was 30%.(3)With reference to five-row core experimental model of Huajia, LS-DYNA software was used to simulate the vibration of different components while a single-frequency sound waves vertically incident phononic crystals, shows that:－II－哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Front and rear cores’ vibration velocity is little difference, while the vibration velocity of before and after location of the matrix is varied widely (about 97%); All the amplitude of cores decay gradually over time, while all the matrix is small amplitude decay with time. Traditional non-damped forced vibration equation is used to analyze the phenomenon of all the amplitude of cores decay gradually over time while all the matrix is small amplitude decay with time. And making a inference: Improve the insulation of two-dimensional ternary locally resonant phononic crystals should increase the difference between the matrix’s natural frequencies and the sound wave frequency, while reducing the difference between the matrix’s natural frequencies and the core vibration frequency. Finally a simplified model of two-dimensional ternary phononic crystal plate was established.Keywords: phononic crystals; locally resonant; mode shapes; frame structure－III－哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘 要 (I)Abstract (II)第1章绪 论 (1)1.1课题背景 (1)1.2课题研究目的和意义 (2)1.3声子晶体研究概述 (3)1.3.1声子晶体材料介绍 (3)1.3.2声子晶体发展历程及现状 (5)1.4本文主要研究内容 (9)第2章基于LS-DYNA的二维三元局域共振型声子晶体建模研究 (10)2.1引言 (10)2.2LS-DYNA软件介绍 (10)2.3基于LS-DYNA的二维三元局域共振型声子晶体建模过程 (12)2.4仿真结果验证比较 (16)2.4.1实验数据对比验证 (16)2.4.2简化模型结果对比验证 (18)2.5本章小结 (21)第3章二维三元局域共振型声子晶体振型转变研究 (22)3.1引言 (22)3.2声波传播过程三个振型变化图 (22)3.2.1声波传播横波水平分量变化图 (23)3.2.2声波传播横波竖直分量变化图 (25)3.2.3声波传播纵向速度变化图 (28)3.3包裹层和散射体对声波的阻碍作用 (31)3.4振型转变结果分析及解释 (33)3.5本章小结 (34)第4章二维三元局域共振型声子晶体各组分的振动研究 (36)－IV－哈尔滨工业大学工学硕士学位论文4.1引言 (36)4.2散射体和基体在声波传播过程中的不同作用 (36)4.2.1前排和后排散射体振动情况 (36)4.2.2基体部分前后振动情况比较 (39)4.2.3散射体在声波传播过程中的作用分析 (41)4.3散射体和基体的相互作用 (42)4.3.1基体部分的振动加速度分析 (42)4.3.2散射体的振动加速度分析 (46)4.4结果分析及解释 (49)4.5简化模型 (50)4.5.1有限元声子晶体简化模型建立 (50)4.5.2模型有效性验证 (54)4.6本章小结 (55)结论与展望 (56)参考文献 (58)哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 (62)哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 (62)致 谢 (63)－V－哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景随着现代社会的不断发展，噪声污染越来越成为干扰人们生活的一个重要污染源。

二维声子晶体带隙结构的优化研究的开题报告标题：二维声子晶体带隙结构的优化研究摘要：声子晶体是一种具有周期性结构的材料，能够在声子频率范围内产生带隙现象，因此在声波传输、热传导等方面具有广泛的应用价值。

本课题将研究二维声子晶体带隙结构的优化问题，通过对晶体结构参数的调整，寻找最优的带隙结构。

关键词：声子晶体，带隙结构，优化设计一、研究背景二维声子晶体是一种具有周期性结构的材料，其晶格常数和微结构尺寸可调，能够在声子频率范围内产生禁带现象。

禁带是指一定范围内无声子传输的频率范围，也是声学材料中的关键参数之一。

禁带的存在使得声子晶体在声波控制、热传导等领域具有广泛的应用价值。

二、研究内容本课题将研究二维声子晶体带隙结构的优化问题，主要包括以下内容：1. 声子晶体理论基础的介绍，包括禁带理论、声学波动方程等。

2. 二维声子晶体结构的设计和优化，通过对晶格常数、微结构尺寸等参数的调整，寻找最优的带隙结构。

3. 带隙的计算和分析，采用计算模拟方法对二维声子晶体带隙进行计算和分析，并与实验结果进行比较。

4. 实验验证，采用光打印和微流控制技术，制备和实验验证最优的二维声子晶体带隙结构。

三、研究意义本研究将为二维声子晶体带隙结构的优化设计提供理论依据和实验基础，为声子晶体材料在声波传输、热传导、信息存储等领域的应用提供新的思路和方法。

四、研究方法本研究将采用计算模拟和实验验证相结合的方法，通过简单的光打印和微流控制技术，制备二维声子晶体，并对其带隙结构进行计算和分析。

五、预期成果1. 确定最优的二维声子晶体带隙结构，实现高效的带隙结构设计和优化；2. 可以为二维声子晶体材料的应用提供理论依据和实验基础，推动声子晶体材料的应用领域不断拓展。

圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板减振特性分析
宋春生;杨琪;贾博;杜刚
【期刊名称】《噪声与振动控制》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】针对机械设备中的低频减振问题,提出一种圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板结构,即在双层板间周期性排列具有圆柱空腔的橡胶层和实心散射体振子。

首先结合弹性波理论和BLOCH定理,采用有限元方法计算带隙范围并分析弯曲波带隙形成的原理,其次通过单变量和组合变量的方式分析单元参数对带隙的影响规律并依此对单元参数进行调整,使其弯曲波带隙范围为48.52~206.21 Hz,最后通过振动传输特性仿真验证其对弯曲波振动的减振效果。

研究表明,圆柱空腔橡胶层双层板式声子晶体可以产生200 Hz以下的弯曲波带隙,且可以通过调整单元参数来使其匹配目标减振频段。

声子晶体板的振动传输特性分析和振动位移图验证了其对带隙范围内弯曲波传输的抑制作用,可为基于声子晶体减振的工程应用提供一定的参考。

【总页数】8页(P15-21)
【作者】宋春生;杨琪;贾博;杜刚
【作者单位】武汉理工大学机电工程学院;湖北省磁悬浮工程技术研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TB535.1
【相关文献】
1.局域共振声子晶体失谐梁的减振特性研究
2.一种多频局域共振型声子晶体板的低频带隙与减振特性∗
3.贴附型局域共振声子晶体双层板的带隙特性
4.局域共振声子晶体板的减振降噪研究
5.幂指数棱台局域共振型声子晶体板的带隙特性与减振机理研究
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声子晶体理论及应用调研报告声子晶体是一种准周期结构材料，在周期性的各向同性晶格中引入局域的压缩或膨胀振动以形成一系列能隙。

声子晶体理论的研究主要包括声子能带结构、声子局域化和声子传输等方面。

声子晶体的应用涉及到声子过滤器、声子晶体光纤、声子晶体表面等领域。

首先，声子晶体的理论研究主要从声子能带结构入手。

声子能带结构是指声子在晶体中的能量-动量关系，由布拉格散射衍射理论和声子晶体的周期性边界条件所决定。

声子能带的宽度决定着声子的频率范围，而声子晶体的周期性结构则决定了能隙的形成。

研究声子能带结构可以帮助我们了解声子在晶体中的产生、传播和湮灭过程。

其次，声子晶体的研究还包括声子局域化的问题。

声子局域化是指声子在晶体中的空间分布不再是波动性质，而表现出粒子特性的现象。

声子局域化可以通过人工设计晶格结构实现，例如在非晶态或非周期的材料中引入局部周期性结构。

声子晶体的局域化特性可以用于制备声子过滤器，将特定频率范围的声子过滤掉或传输到目标位置，为声子传输提供了新的途径。

最后，声子晶体的应用方面主要包括声子晶体光纤和声子晶体表面。

声子晶体光纤是一种具有周期性结构的光纤，可以通过调整声子晶体的周期性结构来调节光的传播特性。

用声子晶体制备的光纤可以实现非线性光学效应的调制和控制，具有较高的灵活性和可调性。

声子晶体表面是指在声子晶体表面引入特定的周期性结构，以实现声子的控制和调控。

通过调整声子晶体表面的结构，可以实现声子的自由传播和局部封闭等特性，为声子学研究和器件应用提供新的思路。

总之，声子晶体是一种具有周期性结构的材料，研究声子晶体的理论和应用可以帮助我们深入了解声子的能带结构、局域化特性和传输行为，为声子学的发展和声子器件的设计提供新的思路。

随着声子晶体领域的不断发展，预计其在声子学、光学和声学等领域的应用将不断扩展。