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复合兰姆波声子晶体中超宽部分禁带

丁红星 沈中华 李加 祝雪丰 倪晓武

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复合兰姆波声子晶体中超宽部分禁带

丁红星, 沈中华, 李加, 祝雪丰, 倪晓武

Large partial band-gaps for Lamb waves in multiple phononic crystals thin plates

Ding Hong-Xing, Shen Zhong-Hua, Li Jia, Zhu Xue-Feng, Ni Xiao-Wu
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  • 兰姆波在声子晶体薄板中的传播特性因其在无损检测、 减振技术和传感器件等领域的潜在应用价值而受到越来越多的关注. 本文采用超原胞平面波展开法和有限元法系统地研究了复合对称结构声子晶体薄板中的兰姆波超宽部分禁带. 结果表明: 对于在薄板侧面对称地嵌入双层矩形空气柱构成的复杂系统, 低阶兰姆波部分带隙结构极为丰富. 将晶格常数(L)和板厚(H) 比值具有匹配关系的兰姆波声子晶体衔接构成复合结构, 低阶兰姆波部分禁带宽度因各组分结构的部分禁带交叠而得到显著拓宽, 可在低频超宽频带内实现对特定低阶兰姆波模式良好的模式选择功能. 该研究结果对兰姆波缺陷无损检测中模式优化选择及兰姆波单向导通器件设计等方面具有重要意义.
    During the past decade, a growing attention has been paid to the Lamb waves propagating in composite plates due to a variety of applications for nondestructive evaluation, vibration attenuation and Lamb wave sensors. We present a revised plane wave expansion method and a finite element method to study the large partial band-gaps of a multiple Lamb wave phononic crystal thin plate with a symmetric mirror plane The results show that lots of partial stopbands of lower-order Lamb waves exist and can be substantially enlarged by using multiple heterostructures which consist of several pieces of phononic crystal with different ratios of the thickness (H) to the lattice period (L). These contribute to good mode choice for lower-order Lamb waves, which is believed to have much significance for optimially choosing models in Lamb wave nondestructive test and the one-way Lamb wave mode transmission.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11274175, 61108013),教育部新世纪优秀人才基金和华中科技大学鸟巢计划资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11274175, 61108013), the Program for New Century Excellent Talents in University (NCET), and Birdnest project of Huazhong University of Science and Technology (HUST).
    [1]

    Kushwaha M S, Halevi P, Dobraynski L 1993 Phys. Rev. Lett. 71 2022

    [2]

    Kafesaki M, Sigalas M, Garcia N 2000 Phys. Rev. Lett. 85 4044

    [3]

    Liu Q N 2011 Acta Phys. Sin. 60 034301 (in Chinese) [刘启能 2011 物理学报 60 034301]

    [4]

    Gao G Q, Ma S L, Jin F, Jin D F, Lu T J 2010 Acta Phys. Sin. 59 393 (in Chinese) [高国钦, 马守林, 金峰, 金东范, 卢天健 2010 物理学报 59 393]

    [5]

    Qiu C Y, Zhang X D, Liu Z Y 2005 Phys. Rev. E 71 054302

    [6]

    Chen J J, Zhang K W, Gao J, Cheng J C 2006 Phys. Rev. B 73 094307

    [7]

    Gao J, Zou X Y, Cheng J C, Li B W 2008 Appl. Phys. Lett. 92 023510

    [8]

    Hou Z L, Assouar B M 2008 Phys. Lett. A 372 2091

    [9]

    Vasseur J O, Deymier P A, Djafari R B 2008 Phys. Rev. B 77 085415

    [10]

    Hou Z L, Assouar B M 2008 J. Phys. D 41 215102

    [11]

    Zhang X Y, Jackson T, Lafond E, Deymier P, Vasseur J 2006 Appl. Phys. Lett. 88 041911

    [12]

    Khelif A, Deymier P A, Djafari-Rouhani B, Vasseur J O, Dobrzynski L 2003 J. Appl. Phys. 94 1308

    [13]

    Hsu J C, Wu T T 2007 Appl. Phys. Lett. 90 201904

    [14]

    Sun J H, Wu T T 2007 Phys. Rev. B 76 104304

    [15]

    Wu T C, Wu T T, Hsu J C 2009 Phys. Rev. B 79 104306

    [16]

    Oudich M, Li Y, Assouarl B M, Hou Z L 2010 New J. Phys. 12 083049

    [17]

    Chen J J, Qin B, Chan H.L.W 2008 Solid State Commun. 146 491

    [18]

    Chen J J, Feng Y, Chan H.L.W 2008 Appl. Phys. B 90 557

    [19]

    Gao J, Cheng J C 2007 Appl. Phys. Lett. 90 111908

    [20]

    Zhu X F, Zou X Y, Liang B, Cheng J C 2010 J. Appl. Phys. 108 124909

    [21]

    Zhu X F, Liu S C, Xu T, Wang T H, Cheng J C 2010 Chin. Phys. B 19 044301

    [22]

    Zhu X F, Xu T, Liu S C, Cheng J C 2009 J. Appl. Phys. 106 104901

    [23]

    Cai C, Zhu X F, Chen Q, Yuan Y, Liang B, Cheng J C 2011 Chin. Phys. B 20 116301

    [24]

    Kan W W, Liang B, Zhu X F, Tu J, Zou X Y, Cheng J C 2010 Appl. Phys. Lett. 97 223504

    [25]

    Li R Q, Zhu X F, Liang B, Li Y, Zou X Y, Cheng J C 2011 Appl. Phys. Lett. 99 193507

    [26]

    Zhu X F, Liang B, Kan W W, Zou X Y, Cheng J C 2011 Phys. Rev. Lett. 106 014301

    [27]

    Zhu X F, Zou X Y, Zhou X W, Liang B, Cheng J C 2012 Chin. Phys. Lett. 29 014102

    [28]

    Ding H X, Shen Z H, Ni X W, Zhu X F, 2012 Appl. Phys. Lett. 100 083501

  • [1]

    Kushwaha M S, Halevi P, Dobraynski L 1993 Phys. Rev. Lett. 71 2022

    [2]

    Kafesaki M, Sigalas M, Garcia N 2000 Phys. Rev. Lett. 85 4044

    [3]

    Liu Q N 2011 Acta Phys. Sin. 60 034301 (in Chinese) [刘启能 2011 物理学报 60 034301]

    [4]

    Gao G Q, Ma S L, Jin F, Jin D F, Lu T J 2010 Acta Phys. Sin. 59 393 (in Chinese) [高国钦, 马守林, 金峰, 金东范, 卢天健 2010 物理学报 59 393]

    [5]

    Qiu C Y, Zhang X D, Liu Z Y 2005 Phys. Rev. E 71 054302

    [6]

    Chen J J, Zhang K W, Gao J, Cheng J C 2006 Phys. Rev. B 73 094307

    [7]

    Gao J, Zou X Y, Cheng J C, Li B W 2008 Appl. Phys. Lett. 92 023510

    [8]

    Hou Z L, Assouar B M 2008 Phys. Lett. A 372 2091

    [9]

    Vasseur J O, Deymier P A, Djafari R B 2008 Phys. Rev. B 77 085415

    [10]

    Hou Z L, Assouar B M 2008 J. Phys. D 41 215102

    [11]

    Zhang X Y, Jackson T, Lafond E, Deymier P, Vasseur J 2006 Appl. Phys. Lett. 88 041911

    [12]

    Khelif A, Deymier P A, Djafari-Rouhani B, Vasseur J O, Dobrzynski L 2003 J. Appl. Phys. 94 1308

    [13]

    Hsu J C, Wu T T 2007 Appl. Phys. Lett. 90 201904

    [14]

    Sun J H, Wu T T 2007 Phys. Rev. B 76 104304

    [15]

    Wu T C, Wu T T, Hsu J C 2009 Phys. Rev. B 79 104306

    [16]

    Oudich M, Li Y, Assouarl B M, Hou Z L 2010 New J. Phys. 12 083049

    [17]

    Chen J J, Qin B, Chan H.L.W 2008 Solid State Commun. 146 491

    [18]

    Chen J J, Feng Y, Chan H.L.W 2008 Appl. Phys. B 90 557

    [19]

    Gao J, Cheng J C 2007 Appl. Phys. Lett. 90 111908

    [20]

    Zhu X F, Zou X Y, Liang B, Cheng J C 2010 J. Appl. Phys. 108 124909

    [21]

    Zhu X F, Liu S C, Xu T, Wang T H, Cheng J C 2010 Chin. Phys. B 19 044301

    [22]

    Zhu X F, Xu T, Liu S C, Cheng J C 2009 J. Appl. Phys. 106 104901

    [23]

    Cai C, Zhu X F, Chen Q, Yuan Y, Liang B, Cheng J C 2011 Chin. Phys. B 20 116301

    [24]

    Kan W W, Liang B, Zhu X F, Tu J, Zou X Y, Cheng J C 2010 Appl. Phys. Lett. 97 223504

    [25]

    Li R Q, Zhu X F, Liang B, Li Y, Zou X Y, Cheng J C 2011 Appl. Phys. Lett. 99 193507

    [26]

    Zhu X F, Liang B, Kan W W, Zou X Y, Cheng J C 2011 Phys. Rev. Lett. 106 014301

    [27]

    Zhu X F, Zou X Y, Zhou X W, Liang B, Cheng J C 2012 Chin. Phys. Lett. 29 014102

    [28]

    Ding H X, Shen Z H, Ni X W, Zhu X F, 2012 Appl. Phys. Lett. 100 083501

  • [1] 谭自豪, 孙小伟, 宋婷, 温晓东, 刘禧萱, 刘子江. 球形复合柱表面波声子晶体的带隙特性仿真. 物理学报, 2021, 70(14): 144301. doi: 10.7498/aps.70.20210165
    [2] 郑周甫, 尹剑飞, 温激鸿, 郁殿龙. 基于声子晶体板的弹性波拓扑保护边界态. 物理学报, 2020, 69(15): 156201. doi: 10.7498/aps.69.20200542
    [3] 焦敬品, 李海平, 何存富, 吴斌, 薛岩. 基于反转路径差信号的兰姆波成像方法. 物理学报, 2019, 68(12): 124301. doi: 10.7498/aps.68.20190101
    [4] 张海燕, 徐梦云, 张辉, 朱文发, 柴晓冬. 利用扩散场信息的超声兰姆波全聚焦成像. 物理学报, 2018, 67(22): 224301. doi: 10.7498/aps.67.20181268
    [5] 张海燕, 杨杰, 范国鹏, 朱文发, 柴晓冬. 基于模式分离的兰姆波逆时偏移成像. 物理学报, 2017, 66(21): 214301. doi: 10.7498/aps.66.214301
    [6] 陈阿丽, 梁同利, 汪越胜. 二维8重固-流型准周期声子晶体带隙特性研究. 物理学报, 2014, 63(3): 036101. doi: 10.7498/aps.63.036101
    [7] 陈晓, 汪陈龙. 基于赛利斯模型和分数阶微分的兰姆波信号消噪. 物理学报, 2014, 63(18): 184301. doi: 10.7498/aps.63.184301
    [8] 刘启能, 刘沁. 固-固无限周期声子晶体中SH波全反射隧穿的谐振理论. 物理学报, 2013, 62(4): 044301. doi: 10.7498/aps.62.044301
    [9] 高东宝, 曾新吾, 周泽民, 田章福. 一维亥姆霍兹共振腔声子晶体中缺陷模式的实验研究. 物理学报, 2013, 62(9): 094304. doi: 10.7498/aps.62.094304
    [10] 胡家光, 徐文, 肖宜明, 张丫丫. 晶格中心插入体的对称性及取向对二维声子晶体带隙的影响. 物理学报, 2012, 61(23): 234302. doi: 10.7498/aps.61.234302
    [11] 张海燕, 曹亚萍, 于建波, 陈先华. 采用单个压电传感器的单模式兰姆波激发频率的选择. 物理学报, 2011, 60(11): 114301. doi: 10.7498/aps.60.114301
    [12] 陈圣兵, 韩小云, 郁殿龙, 温激鸿. 不同压电分流电路对声子晶体梁带隙的影响. 物理学报, 2010, 59(1): 387-392. doi: 10.7498/aps.59.387
    [13] 高国钦, 马守林, 金峰, 金东范, 卢天健. 声波在二维固/流声子晶体中的禁带特性研究. 物理学报, 2010, 59(1): 393-400. doi: 10.7498/aps.59.393
    [14] 郝国郡, 傅秀军, 侯志林. 正方点阵上Fibonacci超元胞声子晶体的带结构. 物理学报, 2009, 58(12): 8484-8488. doi: 10.7498/aps.58.8484
    [15] 钟会林, 吴福根, 姚立宁. 遗传算法在二维声子晶体带隙优化中的应用. 物理学报, 2006, 55(1): 275-280. doi: 10.7498/aps.55.275
    [16] 蔡 力, 韩小云. 二维声子晶体带结构的多散射分析及解耦模式. 物理学报, 2006, 55(11): 5866-5871. doi: 10.7498/aps.55.5866
    [17] 赵 芳, 苑立波. 二维复式格子声子晶体带隙结构特性. 物理学报, 2005, 54(10): 4511-4516. doi: 10.7498/aps.54.4511
    [18] 温激鸿, 王 刚, 刘耀宗, 郁殿龙. 基于集中质量法的一维声子晶体弹性波带隙计算. 物理学报, 2004, 53(10): 3384-3388. doi: 10.7498/aps.53.3384
    [19] 王 刚, 温激鸿, 韩小云, 赵宏刚. 二维声子晶体带隙计算中的时域有限差分方法. 物理学报, 2003, 52(8): 1943-1947. doi: 10.7498/aps.52.1943
    [20] 齐共金, 杨盛良, 白书欣, 赵 恂. 基于平面波算法的二维声子晶体带结构的研究. 物理学报, 2003, 52(3): 668-671. doi: 10.7498/aps.52.668
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-07
  • 修回日期:  2012-04-01

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