十字型結構聲子晶體帶隙及等效模型研究

賀子厚，趙靜波，姚 宏，蔣娟娜，張 帥

(空軍工程大學 研究生院，陜西 西安 710051)

0 引言

隨著科學技術的發展，在日常生活中、航空航天等高精尖領域內，噪聲的影響得到人們的關注，強烈的噪聲會嚴重影響裝備的性能[1]，會破壞人類工作和生活的舒適性，降低生活品質，危害人類的健康。因此對隔聲材料的需求越來越高，人們不僅要求隔聲材料的隔聲性能要好，還要求其質量小，體積小。對于高頻噪聲，傳統的隔聲材料的吸收已很好，但因質量作用定律的限制，對于大量存在的低頻噪聲，傳統隔聲材料難以有效地吸收與隔離。近年來出現的聲學超材料有望從根本上滿足隔離低頻噪聲的需求。

聲子晶體的概念類比于光子晶體提出。1993年，Kushwaha等[2]在鋁/鎳為材料的聲子晶體中獲得了剪切波完全帶隙，首次提出了聲子晶體的概念。1995年，R Martinez-Sala等[3]使用現代化手段測試了馬德里一座歷史雕塑“流動的旋律”的聲學特性，第一次觀測到聲帶隙的存在。2000年以前，所研究的聲子晶體大多屬于布喇格(Bragg)散射機理，其帶隙頻率對應的彈性波波長與其晶格常數相當。2000年，劉正猷等[4]首次提出了局域共振型聲子晶體，通過對單元結構進行特殊的設計，實現波與單元結構的共振，抑制波的傳播。結果表明，該聲子晶體的帶隙頻率所對應的波長遠大于晶格尺寸，達到了小尺寸控制大波長的目的。Kin等[5]根據局域共振機理設計出一種聲子晶體結構，獲得了200～500 Hz的低頻帶隙。Li等[6]發現在局域共振型聲子晶體研究中出現了負的等效質量密度和負的等效體積模量?！?br>