一種五零能模式材料的聲學(xué)特性及單胞結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

1、超材料是新興材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一 , 在國防技術(shù)、航天航空、新能源技 術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。五零能模式材料作為一種新型的人工超材料 , 其 彈性模量矩陣的特征值有五個為零或者極小 , 使得該材料的體積模量遠(yuǎn)大于剪切 模量, 彈性性能類似于流體。五零能模式材料在控制波傳播如制作聲隱身斗篷、 聲透鏡等方面具有巨大的 潛力, 因此受到科研人員的廣泛關(guān)注。五零能模式材料的聲學(xué)特性研究是該材料 研究內(nèi)容的重要組成部分 , 目前有許多成熟的方法可用于研究周期性結(jié)構(gòu)的聲學(xué) 特性, 包括平面波展開法、多重散射法、有限元法等。本文主要采用有限元法計算五零能模式材料的聲學(xué)特性。 本文首先詳細(xì)介紹 了準(zhǔn)靜態(tài)

2、分析的均勻化方法以及動態(tài)分析的頻散特性方法 , 并分別利用這兩種方 法研究了五零能模式材料的聲學(xué)特性。其次, 通過大量的數(shù)值算例分析總結(jié)了單胞結(jié)構(gòu)參數(shù)對這種五零能模式材料 波速的影響規(guī)律。然后為了設(shè)計各向異性五零能模式材料 , 本文給出了單胞結(jié)構(gòu) 參數(shù)調(diào)整的三種方案 , 根據(jù)不同方案的參數(shù)調(diào)整對材料正交方向膨脹波速比的影 響, 探討了不同調(diào)整方案獲得材料各向異性聲學(xué)特性的能力。結(jié)果表明調(diào)整單胞結(jié)構(gòu)內(nèi)部立方體構(gòu)型形狀比的方法效果最好 , 不僅正交方 向膨脹波速比調(diào)節(jié)范圍寬 ,而且在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)波速比與形狀比成正比。 最后, 對比 了兩種材料參數(shù)在同一結(jié)構(gòu)參數(shù)下的單胞的波速和波速比 , 結(jié)果表明材料

3、參數(shù)的 變化只影響五零能模式材料的波速 , 并不影響該材料的波速比及單胞調(diào)整方式對超材料是新興材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一 , 在國防技術(shù)、航天航空、新能源技 術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。五零能模式材料作為一種新型的人工超材料 , 其 彈性模量矩陣的特征值有五個為零或者極小 , 使得該材料的體積模量遠(yuǎn)大于剪切 模量, 彈性性能類似于流體。五零能模式材料在控制波傳播如制作聲隱身斗篷、 聲透鏡等方面具有巨大的 潛力, 因此受到科研人員的廣泛關(guān)注。五零能模式材料的聲學(xué)特性研究是該材料 研究內(nèi)容的重要組成部分 , 目前有許多成熟的方法可用于研究周期性結(jié)構(gòu)的聲學(xué) 特性, 包括平面波展開法、多重散射法、有限元法

4、等。本文主要采用有限元法計算五零能模式材料的聲學(xué)特性。 本文首先詳細(xì)介紹 了準(zhǔn)靜態(tài)分析的均勻化方法以及動態(tài)分析的頻散特性方法 , 并分別利用這兩種方 法研究了五零能模式材料的聲學(xué)特性。其次, 通過大量的數(shù)值算例分析總結(jié)了單胞結(jié)構(gòu)參數(shù)對這種五零能模式材料 波速的影響規(guī)律。然后為了設(shè)計各向異性五零能模式材料 , 本文給出了單胞結(jié)構(gòu) 參數(shù)調(diào)整的三種方案 , 根據(jù)不同方案的參數(shù)調(diào)整對材料正交方向膨脹波速比的影 響, 探討了不同調(diào)整方案獲得材料各向異性聲學(xué)特性的能力。結(jié)果表明調(diào)整單胞結(jié)構(gòu)內(nèi)部立方體構(gòu)型形狀比的方法效果最好 , 不僅正交方 向膨脹波速比調(diào)節(jié)范圍寬 ,而且在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)波速比與形狀比成正比。 最后, 對比 了兩種材料參數(shù)在同一結(jié)