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新型负模量声学超结构的低频宽带机理研究

张永燕 吴九汇 钟宏民

新型负模量声学超结构的低频宽带机理研究

张永燕, 吴九汇, 钟宏民
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  • 提出了一种具有负模量特性的新型声学超结构,并揭示了其低频带隙的形成及拓宽机理.通过理论推导给出了该新型结构的归一化有效模量表达式,由于有效模量的零值点与系统参数密切相关,可以调节合适的参数使得零值点降低或带隙下界降低,进一步实现低频带隙.理论结果表明,在一定的频率范围内,系统的弹性模量为负且负模量区域进一步拓宽,从而通过负模量区域的放大而拓宽带隙.这种新的实现低频带隙的方法克服了传统局域共振附加质量过大及惯性放大结构带隙较窄的缺点.同时,通过有限元法得到的周期结构的传输率随着结构参数的变化趋势与理论分析的变化趋势基本一致,并得到了约40180 Hz的低频宽带.这种实现低频带隙的新思路对低频声波的控制具有很重要的理论指导意义.
      通信作者: 吴九汇, ejhwu@mail.xjtu.edu.cn
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    Pai P F, Peng H, Jiang S 2014 Int. J. Mech. Sci. 79 195

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    Yilmaz C, Hulbert G M 2010 Phys. Lett. A 374 3576

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-12-12
  • 修回日期:  2017-02-13
  • 刊出日期:  2017-05-05

新型负模量声学超结构的低频宽带机理研究

  • 1. 西安交通大学机械工程学院, 机械结构强度与振动国家重点实验室, 西安 710049;
  • 2. 四川理工学院机械工程学院, 自贡 643000
  • 通信作者: 吴九汇, ejhwu@mail.xjtu.edu.cn

摘要: 提出了一种具有负模量特性的新型声学超结构,并揭示了其低频带隙的形成及拓宽机理.通过理论推导给出了该新型结构的归一化有效模量表达式,由于有效模量的零值点与系统参数密切相关,可以调节合适的参数使得零值点降低或带隙下界降低,进一步实现低频带隙.理论结果表明,在一定的频率范围内,系统的弹性模量为负且负模量区域进一步拓宽,从而通过负模量区域的放大而拓宽带隙.这种新的实现低频带隙的方法克服了传统局域共振附加质量过大及惯性放大结构带隙较窄的缺点.同时,通过有限元法得到的周期结构的传输率随着结构参数的变化趋势与理论分析的变化趋势基本一致,并得到了约40180 Hz的低频宽带.这种实现低频带隙的新思路对低频声波的控制具有很重要的理论指导意义.

English Abstract

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