优秀研究生学位论文题录展示

基于小波理论的二维声子晶体带隙结构分析

专 业: 固体力学
关键词: 声子晶体 带隙 结构分析 弹性波 表面波 缺陷态
分类号: O73
形 态: 共 151 页 约 98,905 个字 约 4.731 M内容
阅 读: 全文阅读说明

内容摘要


声子晶体是一种具有周期性结构并呈现弹性波禁带的功能材料。

由于其独特的性能和广阔的应用前景,近年来已经成为凝聚态物理、声学、力学及其它相关学科活跃的研究领域之一。

由于弹性波在声子晶体中的物理过程相当复杂,人们很难对其做精确的解析分析,因此理论模拟声子晶体变得十分重要。

声子晶体的理论模拟分析通常涉及大规模的数值计算,所以寻求精确快捷的计算方法一直是声子晶体理论研究的主要内容之一。

在已提出的声子晶体计算方法中,平面波展开法PWE提出得最早、应用最广。

但平面波展开法在计算声子晶体带结构、场分布等时其收敛性存在某些问题,如对弹性阻抗失配较大的系统其收敛性很慢,对固-流声子晶体体系则难以给出正确结果。

为解决这些问题,本文提出了一种基于小波理论的计算方法,即对弹性常数和弹性波场的小波级数展开,利用变分理论,将一般各向异性弹性波方程化为一般矩阵特征值问题,采用小波积分技术数值求解矩阵特征值得到问题的解。

该方法具有较快的收敛速度,并且可以准确地计算固-流声子体系。

利用该方法分别研究了如下问题:1 对一、二维固-固、固-流和流-流声子晶体体系的体波能带结构进行了详细的计算,并与已有结果进行了比较,讨论了小波方法的有效性和优越性;另外计算分析了三种典型蜂窝材料的色散关系。

2 针对固-固、固-流两类二维声子晶体体系计算分析了表面波或伪表面波能带结构特性,系统地探讨了影响表面波的因素。

特别是有效地计算了弹性声阻抗失配较大以及固-流混合体系等平面波方法不适用的情形。

3 结合超胞近似的思想,将小波方法由理想声子晶体推广到含点、线缺陷的声子晶体系统,计算分析了包括体波和表面波在内的缺陷态。

研究结果表明:1 小波方法可有效地用于计算一维、二维声子晶体体波的能带结构。

与平面波展开法相比,能够大大地提高收敛性和准确性,特别是可以克服平面波展开法的缺点,应用于固-流混合体系,有效地消除非物理平带。

2小波方法可有效地用于计算声子晶体表面波的能带结构,包括平面波展开法不适用的声阻抗失配较大的情况以及固一流混合体系。

计算发现声阻抗比对表面波的影响很大:

对声阻抗比在1附近的体系,虽然体波不易产生完全带隙甚至方向带隙,但存在伪表面波之间或表面波与伪表面波之间的方向带隙;对声阻抗比在中高值的体系,可能存在表面波和伪表面波转化的填充比临界值;声阻抗比越大越不易出现表面波,只存在伪表面波。

晶格排列是影响表面波的重要因素,而散射体形状对表面波带结构影响不大;体波和表面波带隙宽度均随填充比的逐渐增大先增大后减少。

3结合超胞技术,小波方法可有效地用于计算含点、线缺陷的二维声子晶体体波和表面波的能带结构,但需要引入较多的小波基函数以保证计算精度。

对典型声子体系的能带结构计算可以很好地再现平面波展开法获得的缺陷态的特征。

特别对声阻抗比较大的体系以及固-流混合体系:

平面波法已不适用,而小波方法可以有效地计算得到其表面波的缺陷态。

另外对准分形声子晶体也可以借助类似的思想计算其能带结构。

结果发现,准分形声子晶体的能带具有多频带隙的特性,且随着级数的增大,能带结构整体地向低频压缩。

4蜂窝材料可以作为一种特殊的声子晶体结构研究其波传播特性,其频散关系特征主要受排列结构的影响,与制作材料无关;正方、三角与六角这三种典型结构都不存在二维全方向的完全带隙,但正方和三角结构在一定的传播方向范围内存在方向带隙,而六角结构则在任何方向都不存在方向带隙;与正方结构相比,三角结构在相同孔隙率下,在更广的传播方向和更低的频率下,能产生较宽的方向带隙。

蜂窝材料中引入橡胶夹层后,有助于带隙的产生,起到较好的吸能作用..……

全文目录


文摘
英文文摘
第1章 绪论
1.1引言
1.2声子晶体——一个崭新的概念
1.2.1声子晶体概念的提出
1.2.2声子晶体的基本特征
1.3声子晶体研究概况
1.3.1声子晶体的弹性波带隙机理
1.3.2声子晶体带隙计算方法
1.3.3表面和缺陷引起的波的局域化
1.3.4反常折射现象
1.3.5声子晶体的应用
1.3.6声子晶体亟需研究的问题
1.4小波分析理论研究概况
1.4.1小波分析理论与方法在工程中的应用概况
1.4.2小波理论在微分方程初边值问题求解中的应用
1.4.3小波理论在力学问题求解中的应用
1.5本文的研究目的和内容
1.5.1本文的研究目的
1.5.2本文的研究内容
第2章 小波分析的基本理论
2.1引言
2.2符号说明
2.3函数的线性表示与小波的引入
2.4小波变换与框架
2.4.1小波变换
2.4.2 Hilbert空间中的框架
2.5多分辨分析、Mallat算法、周期化
2.5.1两尺度关系
2.5.2分解算法和重构算法
2.6常见小波基函数及其特点
2.6.1 Haar小波
2.6.2 DaubechiesdbN小波
2.6.3 SymletssymN小波
2.6.4 CoifletcoifN小波
2.6.5 BiorthogonalbiorNr.Nd小波
2.6.6 Meyermeyr小波
2.6.7 Mexican Hatmexh小波
2.6.8 Morletmorl小波
2.7小波变换与傅立叶变换的比较
2.8本章小结
第3章 声子晶体体波带结构计算的小波方法
3.1引言
3.2双正交小波
3.2.1双正交小波的定义和基本性质
3.2.2基于双正交小波的Mallat算法
3.2.3双正交小波的特性
3.2.4反对称双正交小波的近似微分特性
3.3小波方法的建立
3.3.1矩阵本征值方程的推导
3.3.2小波积分的计算
3.3.3矩阵的小波预处理
3.4数值分析和讨论
3.4.1固-固体系
3.4.2固-流体系
3.4.3流-流体系
3.4.4二维蜂窝材料
3.5本章小结
附录A 材料的密度、声速与声阻抗
附录B 函数和微分算子的二维小波基表示
附录C 0,1区间上小波积分的求解
第4章 声子晶体表面波带结构计算的小波方法
4.1引言
4.2表面波特征方程式
4.3表面波SAW与伪表面波PSAW
4.4表面波边界条件
4.5计算实例
4.5.1中低声阻抗比的固-固声子体系
4.5.2高声阻抗比的固-固声子体系
4.5.3流-固声子体系
4.6本章小结
附录 材料的主要物理参数
第5章 二维声子晶体中的缺陷态
5.1引言
5.2二维声子晶体缺陷态的计算方法
5.3二维声子晶体体波的缺陷态
5.3.1点缺陷
5.3.2线缺陷
5.3.3 Sierpinski地毯分形结构
5.4二维声子晶体表面波的缺陷态
5.4.1点缺陷
5.4.2线缺陷
5.5本章小结
第6章 结论与展望
6.1结论
6.2进一步的工作展望
参考文献

相似论文

  1. 应变可调型声子晶体机理研究,85页,O73
  2. 纳米晶体屈服强度的尺度效应,40页,O733
  3. 非经典粘塑性单晶本构关系及其在蠕变—塑性交互作用中之应用,74页,O73
  4. 非比例循环加载下金属材料晶体塑性数值模拟,68页,O741.1
  5. 考虑异向强化效应的单晶体本构关系研究,45页,O785
  6. 两类非线性动力系统的全局分支和混沌,80页,O71
  7. 微生物发酵过程还原糖光度传感器的研究,126页,O710
  8. 内蒙古荒漠草原不同退化阶段土壤微生物变化的研究,96页,O71001
  9. 推广增长曲线模型中协差阵的最小模估计,36页,O711
  10. 含有随机效应增长曲线模型回归系数阵与协方差阵的估计,35页,O711
  11. 奇异增长曲线模型中参数阵的最优估计及最小二乘估计的有效性,33页,O711
  12. 晶体学对称群的代数基础及其应用,55页,O711
  13. 基于会聚束电子衍射的晶体对称性的自动和定量测定,87页,O711
  14. 点群及其对称操作——交互式多媒体软件的设计,53页,O711.2 G434
  15. 磁空间群F〈,s〉d3c的C-G系数的计算,33页,O711.3
  16. 磁空间群F〈,s〉〈-〉43c C-G系数的计算,35页,O711.3
  17. 高压下NaI物性的第一性原理计算,78页,O711.4
  18. 卤代水杨醛及其席夫碱铜、镍配合物的合成、晶体结构及性质研究,84页,O711.4 O73
  19. 以CdSe为模型研究纳米晶合成机理,61页,O711.4 TN304.25
  20. 提高星敏感器测角精度的研究,61页,O713.1 TH741.23 V44
中图分类: > O73 > 数理科学和化学 > 晶体学 > 晶体物理

© 2012 book.hzu.edu.cn