International Journal of Mechanical Sciences 低频带隙中手性声子晶体的等位性

文摘   2025-01-27 12:03   安徽  

实现低频和宽带隙是极具挑战性的,因为在实践中必须考虑晶格常数、等效刚度和等效密度。尽管惯性放大是解决这一问题的理想策略之一,但其设计思想主要局限于以镜像对称(同步对称)为特征的经典几何图形,从而限制了这一课题的进展。在这里,我们报道了根据类似的汤姆逊散射对无镜面对称(等同位性)的手性声子晶体的数值和实验研究。数值分析表明,与同规晶格(SYL)相比,由于同规晶格(ISL)缺乏一个自由度,ISL的带隙起始频率明显低于SYL的带隙起始频率,最高可达66%。通过模拟和实验测量,进一步证明了其带隙的特性。本研究表明,相邻原子间交替排列的条件不是必需的,满足汤姆逊散射带隙条件的合理几何结构可以在不影响结构刚度和轻量级的情况下进一步降低带隙频率。


综上所述,本研究报道了一种等规手性声子具有低频和宽带带隙的晶体的汤姆逊散射诱导带隙。对经典布拉格散射、同步格和等规格的能带结构进行了数值计算和比较,阐明了等规手性声子晶体的新颖性。通过比较简化的一维ISL和SYL的能带结构和frf,发现了ISL和SYL的能带隙差异的原因。然后对有限周期结构进行了设计、制造和传输测试,验证了能带结构中的带隙预测。基于以上研究,我们可以得出以下结论。不同于以往的研究同步声子晶体被认为是一个更优越的方法来实现低频和宽带隙比等规声子晶体[57,61,74,75],我们已经证实,尽管ISL和SYL的运动耦合来实现惯性放大[60],缺乏镜像对称使ISL有一个比SYL更少的自由度,因此有更少比SYL共振峰。结果表明,ISL的带隙起始频率比SYL低66%。此外,还可以保证带隙的相对宽度高达129%。本研究表明,相邻原子之间具有交替排列方向的条件对带隙的形成并不是不可缺少的。SYL和ISL之间的这些方差并不依赖于改变系统的晶格常数、等效刚度和静态等效密度。由此而来的根本不寻常的行为可能使这种设计策略在所有振动发挥关键作用的领域都具有吸引力,例如土木、航空航天和机械工程





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