Local Resonance Broadband Gap in a Homogeneous Plate with Periodic Truncated Cones

本文讨论的是一篇关于声子晶体领域内最新研究的科技论文，题目为《带有周期截锥体的均质板中的宽频局域共振带隙》，作者陈久久、张洪波和韩旭，来自湖南大学机械与车辆工程学院。文章通过有限元方法(FEM)研究了基于正方形晶格的周期截锥体对均质板的带结构影响。 在描述中提到，声子晶体（ PCs ）是一种周期性的弹性材料，它们展现出许多优良的弹性波特性，特别是它们能够阻止在特定频率范围内弹性波的传播，即完全声子带隙（PBG）。这表明声子晶体可以以多种方式操纵声能流。根据论文内容，PBG已经在不同的声子晶体结构中被发现，比如在体积声子晶体中的体积波，半无限声子晶体中的表面波，以及声子晶体板中的Lamb波。本研究的重点在于一个具有周期性截锥体的均质板，其研究结果表明，通过改变截锥体的半角，可以获得比传统截短式声子晶体板更宽的带隙，并且这种结构的重量比传统情况下的圆柱体要轻许多。此外，作者还指出了截锥体不同部位对不同波长的声波的局域共振现象，这暗示了声子晶体在航空航天领域有着潜在的应用价值。 论文中提到的关键知识点和概念包括： 1. 声子晶体（Phononic Crystals, PCs）：是指具有周期性结构的弹性材料，它们能够展示出与光子晶体类似的物理效应。声子晶体通过其周期性的弹性结构可以改变弹性波（如声波）的传播特性。 2. 完全声子带隙（Complete Phononic Band Gap, PBG）：指的是在一个特定的频率范围内，弹性波无法在声子晶体结构中传播的现象。这种带隙的存在使人们能够通过设计声子晶体的结构来控制声能流。 3. 局域共振（Local Resonance）：局域共振指的是弹性波在声子晶体的某些特定区域内的集中振动现象。这种现象与截锥体不同部分对不同波长的声波的共振有关，是形成宽频带隙的重要机制。 4. 周期截锥体（Periodic Truncated Cones）：是一种结构设计，在声子晶体中引入了截锥形状的结构元素。通过改变截锥的几何参数，如半角，可以调节带隙的宽度和频率范围。 5. 有限元方法（Finite Element Method, FEM）：一种数值分析技术，用于预测材料和结构在不同工况下的行为。在本研究中，FEM用于模拟和计算声子晶体的带结构和带隙特性。 6. 应用潜力：由于声子晶体的优异特性，它们在声学和振动控制方面具有广泛的应用潜力，尤其是在航空航天领域。通过设计合适的声子晶体结构，可以实现声波的特定频率范围内的阻断或控制，用于减振降噪或声能集中等目的。 关键词：phononic crystal（声子晶体）、periodic truncated cone（周期截锥体）、Local Resonance Broadband Gap（宽频局域共振带隙）。 文章介绍部分提出了声子晶体在电磁波和声波领域中的研究基础和实际应用的重要性。声子晶体的研究在过去二十年中吸引了大量关注，因为它们展示了负折射、局部缺陷模式、完全带隙等丰富的物理现象。通过探索声子晶体的结构和特性，研究人员能够开发出具有新型声学性能的材料和器件。这对于声学器件设计、振动控制、能量聚焦等领域具有深远的意义。