周期性结构声子晶体研究概况

第 2卷 第 4期 2007年 8月 中 　国 　舰 　船 　研 　究 Chinese Journal of Ship Research Vol. 2 No. 4 Aug. 2007 收稿日期 : 2007 - 06 - 25 作者简介 : 陈源 (1971 - ) ,男 ,博士。研究方向 :振动与噪声控制。E2mail: cy17220@163. com 周期性结构声子晶体研究概况 陈 　源 　周敬东 　周明刚 　刘幺和 湖北工业大学 机械学院 , 湖北 武汉 430068 摘　要 : 声子晶体的研究是振动与噪声控制研究的新课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,文章重点介绍国内外声子晶体的研究现状 ,分析 周期性结构声子晶体研究存在的问题 ,提出周期性结构声子晶体研究及其应用研究的未来发展方向。 关键词 : 声子晶体 ; 振动与噪声控制 ; 周期性结构 中图分类号 : O735　　　　　文献标识码 : A　　　 文章编号 : 1673 - 3185 (2007) 04 - 75 - 02 Rev iew on Phonon ic Crysta ls of Per iod ic Structure Chen Yuan　Zhou J ing2dong　Zhou M ing2gang　L iu Yao2he (College ofMechanical Science & Engineering, Hubei Univ. of Tech. ,W uhan 430068, China) Abstract: Research on phononic crystals of periodic structure is a novel task. The researches on phononic crystals are reviewed and the questions on phononic crystals of periodic structure are ana2 lyzed. The p rospect of phononic crystals of periodic structure are discussed deep ly. Key words: phononic crystals; vibration and noise control; periodic structure 1　周期性结构声子晶体研究的意义 机械振动广泛存在于国防军事、航空航天、机 械动力、交通运输等各个领域 ,抑制有害振动一直 是工程技术中迫切需要解决的问题。大型工业设 备平台的有害振动是工业生产中的安全隐患之一。 以潜艇为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的武器装备平台中 ,内运动部件产生 的低频机械振动通过内部结构传递到壳体 ,并通过 壳体以噪声形式向外传播 ,严重影响其隐身性能 , 是提高和综合作战性能发挥的重要瓶颈问题之一。 目前 ,在振动传递途径隔离上 ,采用了一些隔振技 术 ,使得传递到艇体的振动已有较大的降低 ,然而 低频段的振动隔离仍是隔振技术的难点。 作为振动能量传递的主要传递途径 ———船体 结构 ,特别是支撑设备的船体基础 ,是潜艇辐射噪 声的主要通道。由于高频噪声在结构中随传播距 离衰减很快 ,而中低频噪声则随距离衰减的程度 较小 ,因而对船体结构中低频振动的隔离 ,成为急 需解决的难题。与此同时 ,随着一些发达国家低 频探测声纳的成功应用 ,低频振动和噪声辐射越 来越成为影响潜艇隐身性的突出问题。若能对低 频结构噪声或空气噪声进行有效隔离 ,将对提高 潜艇隐身性能具有重要的意义。人工编织周期性 复合结构及材料的研究 ,为这一问题的解决提供 新的思路。 2　国内外声子晶体的研究现状 目前 ,国内外关于周期性结构声子晶体研究 的文献主要是对声子晶体的两种带隙机理和带隙 特性的研究 ———布拉格散射机理 [ 1 - 3 ]和局域共振 带隙机理 [ 4 - 9 ]。针对布拉格散射机理作用下的周 期性结构声子晶体带隙特性及其影响规律 ,目前 已有大量的理论研究工作 ,而应用性研究工作相 对较少。在布拉格散射机理作用下的周期性结构 声子晶体的带隙频率与周期尺寸紧密相关 ,所以 难以获得低频带隙。2000年 ,刘正猷教授等人首 次 [ 10 ]提出了局域共振带隙机理。局域共振带隙 机理认为 ,在特定的弹性波激励下 ,周期性结构基 体中的散射单元产生了共振 ,并同弹性波相互作 用 ,从而抑制其传播。局域共振带隙频率与散射 单元的固有振动特性密切相关。这为低频振动与 噪声控制的应用研究开辟了一条新思路。在周期 性结构声子晶体的研究上 ,特别应该提到的是国 防科技大学的王刚、赵宏刚、温激鸿、韩小云 等 [ 11 ] ,他们对周期性结构的带隙机理和带隙特性 做了大量的工作 ,主要研究了不同周期结构的带 隙计算方法和带隙特性 ,研究也取得了很多的成 果。例如他们利用声子晶体的周期性理论通过对 © 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 中 　国 　舰 　船 　研 　究 第 2卷 周期钢管阵列等材料进行周期性堆积 [ 12 ] ,从而产 生较低的带隙频率 ,通过时域有限差分算法和相 应的试验得到一个声波禁带频率为 495～1 740 Hz。这种周期钢管阵列不适用于振动和噪声控 制。目前 ,国内研究得到的适用于振动和噪声控 制的声子晶体的最低带隙频率为 720 Hz。这是 由国防科大的温激鸿、刘耀宗、郁殿龙、王刚、赵宏 刚 [ 13 - 15 ]几个人研究硬质芯体及其包覆层构成的 复合结构 (即散射单元 ) ,按照特定的排列方式构 成的局域共振声子晶体得到的。另外 ,国防科大 的齐共金、杨盛良、白 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 欣及赵恂等人主要对二维 和三维的声子晶体的带隙进行了一系列的理论 计算。 综上所述 ,国内外对周期性结构声子晶体的 研究主要集中在如下两个方面 : 1) 周期性结构声子晶体的禁带机理及带隙 特性的研究 ,主要是研究周期性结构的布拉格散 射机理和局域共振带隙机理 ; 2) 周期性结构声子晶体带隙计算方法的研 究 ,主要研究周期性结构声子体的带隙计算。 上述研究呈现下面两大特点 : 1) 研究天然晶体的禁带机理和带隙计算。 计算发现晶体的声波带隙频率范围处在超高频或 高频的范围 ,一般高达几十万或上百万赫兹 ; 2) 研究人工合成材料 ———周期性结构及材 料。问题是带隙频率或带隙宽度难以满足低频振 动与噪声控制的现实需要 ,如局域共振周期性结 构虽然能产生低频带隙 ,但带隙宽度很窄 ,是一个 尖频。正是由于目前的周期性结构声子晶体的带 隙 ,不能很好满足低频振动与噪声控制的需要 ,使 得周期性结构声子晶体在噪声控制方面的应用受 到了限制。 3　声子晶体应用研究的发展趋势 根据目前周期性结构声子晶体的研究情况 , 虽然对周期性结构声子晶体的带隙机理和带隙特 性研究取得了一定的成果 ,带隙的计算方法也得 到了丰富 ;但是周期性结构及材料的研究在如下 几个方面还有待深入研究。 1) 从低频振动与噪声控制的实际需要出发 研究一种新的周期性结构 ,该周期结构具有带隙 起始频率低且有一定带宽的特点 ; 2) 研究满足低频振动和噪声控制需要的周 期性结构及材料的理论结构模型 ,为人工编制周 期性结构及材料提供理论支撑 ; 3) 声子晶体的研究仍停留在基础理论方面 , 应用探索还刚刚开始 ,探求人工编织周期性结构 及材料的方法是周期性结构和材料实现从理论到 应用的关键。 总之 ,为了周期结构声子晶体的低频带隙能 应用到低频减振和噪声控制方面 ,急需在理论、应 用探索方面开展许多创造性的工作 ,解决相应的 技术难题。 低频振动与噪声控制是声学领域的一大难 题 ,从振动与噪声控制、特别是低频振动与噪声控 制的实际需要出发 ,研究具有带隙起始频率低且 有一定带隙宽的周期性结构及材料的理论结构模 型及其人工编织理论、方法和工艺 ,将成为未来周 期性结构声子晶体应用研究的基础和方向。 参考文献 [ 1 ]　L IU Z, CHAN C T, SHENG P. 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All rights reserved. http://www.cnki.net 中 　国 　舰 　船 　研 　究 第 2卷 电源的功率比实际需要的相差 100万倍。其次是 加速器。现有加速器都不能达到实际 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 ,且相 差甚远。因此 ,粒子束武器仍处于探索阶段 ,离实 战要求相距甚远 ,至少在 21世纪初期无法进入实 用阶段。 4　舰载定向能武器发展启示 国外舰载定向能武器的研制一定程度上代表 了下一代舰载武器的发展方向。面对未来海战的 新威胁 ,我们要敢于面对 ,迎接挑战 ,面向未来 ,深 入思考 ,制定适合我国国情的舰载定向能武器发 展战略 ,以利于在未来海战中占据制胜点。 1) 重视基础研究 ,加速人才培养 定向能武器的发展离不开大量的基础性研究 工作 ,只有突破基础科研领域的某些关键技术 ,定 向能研究才可能从试验室转化为战场上的武器。 重点进行新型精确瞄准跟踪系统、新型固态激光 器、高功率微波源等基础研究。而基础研究的关 键是人才的培养 ,未来的竞争是人才的竞争 ,为了 完成艰巨的研究任务 ,必须造就一支与之相适应 的科技队伍。 2) 加强定向能武器摧毁与防护技术的研究 使用舰载定向能武器 ,必须了解海洋环境条 件下对定向能武器作战效能的影响 ,才能达到预 定的作战效果。对于国外舰载定向能武器的发 展 ,我们应有足够的重视 ,特别是防护技术研究要 先行。可以先研究一些防护设备并装备部队使 用 ,如激光和高能微波武器的防护技术应列入发 展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ,以免战争来临而措手不及。 3) 有所为 ,有所不为 ,有重点地发展舰载定 向能武器 在定向能武器中 ,激光武器和高能微波武器 是未来 20年最有可能装舰的武器 ,我们应根据我 国科研能力和实际情况 ,有重点地选择其中之一 作为发展方向 ,以定向能武器摧毁与反摧毁技术 研究为突破口 ,优先发展软杀伤型的定向能武器 , 形成适应我国国情的发展方式。 参考文献 [ 1 ]　池凤东 ,雷宏宇. 舰船化学激光武器发展与应用研 究 [ G]. 舰船情报研究 , 1997: 207. 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