参考文献：Cheng S, Li X, Zhang Q, et al. Vibration attenuation and wave propagation analysis of 3D star-shaped resonant plate structures and their derivatives with ultra-wide band gap[J]. Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications, 2024: 101289.
期刊等级：Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications 中科院3区
第一作者单位：燕山大学 河北省重型装备与大型结构机械可靠性重点实验室 秦皇岛
基于弹性波的局部共振效应，提出了三种单相声学超材料。基于有限元法和布洛赫定理，绘制了该结构的能带结构图和振动模态，探讨了这些结构的带隙特性和带隙开启机理。通过拓扑优化得到了具有较低频带隙的新结构。透射曲线验证了带隙的准确性和结构的减振能力。最后对结构参数进行了调整，分析了各参数变化对带隙特性的影响。结果表明，该结构的最大带隙覆盖率为72.4%，并且由于局部共振的发生，衰减峰值小于- 400 (dB)。本文提供了一种分析单相材料声子晶体减振降噪性能的方法，以及一种具有实际应用潜力的三维声子晶体。
结果表明，与a型相比，B型和C型具有良好的带隙特性，带隙覆盖率分别为69.9%和72.4%，C型的带隙起始频率最低，为1922.4 Hz。通过观察带隙打开的振动模式，发现了四种打开带隙的振动形式，分别为离共振-板-平面共振、偏置共振、旋转共振和扭转共振。对b模型进行结构调整后得到3个新的模型。将它们的能带结构进行并排比较，发现B3模型的起始频率最低，第一个带隙宽度最窄，其内部尺寸l1为17 mm，带隙范围为1403.2 ~ 1442.8 Hz。对透射曲线和能带结构的综合分析表明，透射曲线的峰值与带隙范围之间存在良好的相关性。透射曲线的峰在低频时比在高频时要小。所有的峰值都小于−100 (dB)，在频率为10100 Hz左右时，峰值甚至小于−400 (dB)，表明该结构具有较强的减振能力。由位移图可以直接观察到低频激励比高频激励更有穿透力。对B模型的结构参数进行调整，发现当弹性模量和密度变化以及几何尺寸调整时，带隙的变化具有一定的规律性。本文提出了几种新颖的三维声子晶体结构，它们不仅具有良好的减振和减噪效果，而且具有重量轻、易于制造和易于修改的优点。本文对几种结构的减振能力进行了全面的验证和分析，为进一步研究和优化三维声子晶体的减振性能提供了思路。然而，由于实际条件的限制，无法对结构进行实验来验证结论。因此，将实验与仿真相结合是今后研究的重点，希望该结构能在减振降噪工程中得到实际应用。
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