最优二维固/固声子晶体带隙特性研究  

THE CHARACTERISTICS OF OPTIMAL TWO-DIMENSIONAL SOLID/SOLID PHONONIC CRYSTALS

作　　者：刘宗发[1,2] 吴斌[1] 何存富[1] 

机构地区：[1]北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,北京100124 [2]河南科技大学土木工程学院,洛阳471023

出　　处：《固体力学学报》2015年第4期283-289,共7页Chinese Journal of Solid Mechanics

基　　金：国家自然科学基金项目(11132002和10632020)资助

摘　　要：声子晶体是一种具有弹性波带隙特性的周期性复合材料,其带隙特性受单胞拓扑形状的影响.通过拓扑优化技术,能够突破传统设计方法的局限,实现对声子晶体的主动设计.论文基于遗传算法和改进的平面波展开法,通过两阶段的优化过程,得到具有最大相对带隙的二维铜/环氧树脂声子晶体结构,并进一步研究不同带隙最优声子晶体单胞拓扑形状及其带隙特性.结果表明,利用所开发的带隙优化程序,能够得到满足带隙要求的具有全局最优的声子晶体结构;声子晶体最低带隙所对应的单胞是简单晶格结构,其散射体形状简单,而且对应的带隙频率最低,相对带隙最大,对于隔音减振最有实用价值.Phononic crystal （PnC） is a kind of periodic composite with elastic band-gap characteristics, the distribution of elastic materials within a unit cell composing it has significant effect on the band-gaps. In this paper,a topology optimization （TOP） technique is utilized to obtain two-dimensional （2D） square lat- tice Cu/Epoxy PnCs with maximized relative band-gaps between multiple consecutive bands. This optimiza- tion follows two-stage design process which adopts genetic algorithms （GAs） and plane wave expansion method （PWE）. The results show that the optimal PnCs with different band-gaps,which can easily be ob- tained by the developed method,have different material layout,and the PnCs with the lowest band-gap are simple lattice and have very high application value.

关 键 词：声子晶体 带隙 平面波展开法 优化设计 遗传算法 

分 类 号：TB33[一般工业技术—材料科学与工程] O735[理学—晶体学]