梯度聲子晶體應用於聲學與機械系統之研究

  • 劉 耕廷

學生論文: Master's Thesis

摘要

對於任何形式的波而言,是無法僅藉由單一均質性的材料所控制,必須具有如梯度分佈、材料間介面以及曲線排列等某種程度的非均質性存在,才能被加以控制。 而本文所探討的聲子晶體是由兩種或兩種以上不同的彈性材料或流體經週期排列所構成的結構,進而具有聲子能隙(禁止帶)與特殊的色散現象(通帶)。然而,於巨觀下,聲子晶體所擁有的禁止帶與通帶特性皆僅為均質的性質,因此,對於在控制彈性波或聲波上的應用十分有限。藉此,本文利用了一種名為空間變動晶格的晶格轉換法,有效地將原始均勻晶格分佈下之晶體,依所設想的形式進行轉換,如單位晶胞的旋轉角、晶格常數以及填充比等分佈,而轉換後之晶格分佈具有連續、平滑、無缺陷及最小形變量等特性,在最大限度下保持單位晶胞的尺寸與形狀,藉以於空間中分佈原始晶格所具有的現象。並基於如此非均質性的分佈下,來控制波的傳遞。 接著,本文選用背景基材為流體,散射體為彈性體所構成的二維聲子晶體,並在兩種幾何形式的散射體下,分別為矩形柱與圓形柱,利用平面波展開法計算聲子晶體之能帶結構圖與等頻圖來分析其波傳特性,並以有限元素軟體加以模擬並相互驗證。最後,針對由矩形柱週期排列而成的聲子晶體上,所對應到的自我準直現象,藉由空間變動晶格的轉換,以有效地於結構中控制自我準直聲束進行彎曲轉向傳遞;針對由圓形柱週期排列而成的聲子晶體於低頻(長波長)下,可等效成均質材料的特性,依經空間變動後的晶格分佈與所對應到的等效折射率與圓形柱幾何之關係,有效益地構成梯度聲子晶體,進以實現彎曲聲波導與聲學黑洞等聲學元件。
獎項日期2016 八月 15
原文Chinese
監督員Lien-Wen Chen (Supervisor)

引用此

梯度聲子晶體應用於聲學與機械系統之研究
耕廷, 劉. (Author). 2016 八月 15

學生論文: Master's Thesis