聲子晶體減振降噪特性分析研究及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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高南沙，瀋禮，侯宏 著

圖書標籤:

• 聲子晶體
• 減振
• 降噪
• 振動控製
• 材料科學
• 聲學
• 結構設計
• 有限元分析
• 工程應用
• 物理學

齣版社： 西北工業大學齣版社

ISBN：9787561257241

版次：1

商品編碼：12331196

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-12-01

用紙：膠版紙

頁數：253

字數：292000

正文語種：中文

內容簡介

　　《聲子晶體減振降噪特性分析研究及應用》緊緊圍繞在如何利用人工周期結構（聲子晶體、聲學超材料）來解決低頻減振降噪的核心問題上，詳細而巧妙地設計齣一係列新結構來揭示帶隙産生的新機理，從振動的物理本質齣發，推導齣一係列與人工周期結構相關的帶隙力學估算模型，探究結構設計背後的物理機理，並給齣瞭其參數影響規律和設計經驗。該書的研究對推動聲子晶體理論在減振降噪領域中的工程應用具有重要的理論研究意義和工程參考價值。

目錄

第1章 緒論
1．1 引言
1．2 聲子晶體、聲學超材料概述
1．3 聲子晶體、聲學超材料的實際應用
1．4 聲子晶體、聲學超材料研究存在的問題
1．5 本書研究工作簡介
參考文獻

第2章 聲子晶體理論方法和特徵參量
2．1 聲子晶體基礎理論
2．2 聲子晶體特徵參量及其計算方法
2．3 Bragg散射型聲子晶體物理機理及其局限性
2．4 局域共振型聲子晶體物理機理及工程應用
2．5 局域共振型聲子晶體理論模型研究
2．6 本章小結
參考文獻

第3章 基於低頻共振散射機理的二維分形聲子晶體研究
3．1 分形的定義及其與聲子晶體結構的結閤
3．2 分形聲學超材料研究最新進展
3．3 自相似分形聲子晶體帶隙特性分析
3．4 自相似分形聲子晶體物理機理分析
3．5 自相似分形聲子晶體帶隙特性的影響因素
3．6 Sierpinski分形聲子晶體帶隙特性分析
3．7 Sierpinski分形聲子晶體物理機理分析
3．8 Sierpinski分形聲子晶體帶隙特性的影響因素
3．9 分形聲子晶體透射譜計算
3．1 0本章小結
參考文獻

第4章 基於低頻多重振動耦閤機理的二維雙諧振聲子晶體研究
4．1 二維雙諧振聲子晶體帶隙特性分析
4．2 二維雙諧振聲子晶體物理機理分析
4．3 二維雙諧振聲子晶體帶隙特性的影響因素
4．4 二維雙諧振聲子晶體帶隙邊界的等效模型計算
4．5 本章小結
參考文獻

第5章 基於低頻多重振動耦閤機理的二維四方摺疊梁聲子晶體研究
5．1 二維四方摺疊梁聲子晶體帶隙特性
5．2 二維四方摺疊梁聲子晶體物理機理分析
5．3 二維四方摺疊梁聲子晶體帶隙的影響因素
5．4 二維四方摺疊梁聲子晶體能量迴收分析
5．5 本章小結
參考文獻

第6章 基於低頻多重振動耦閤機理的三維局域共振型聲子晶體及其
等效模型研究
6．1 三維局域共振型聲子晶體帶隙特性分析
6．2 三維局域共振型聲子晶體物理機理分析
6．3 三維局域共振型聲子晶體帶隙特性的影響因素
6．4 三維局域共振型聲子晶體帶隙邊界的等效模型研究
6．5 本章小結
參考文獻
……
第7章 基於多重共振耦閤機理的三維徑嚮聲子晶體研究
第8章 二維三明治型聲子晶體薄闆低頻特性研究與應用
第9章 鏇轉的二維孔型聲子晶體特性研究與應用
第10章 基於聲子晶體帶隙特性的能量迴收研究
第11章 薄膜聲子晶體在汽車低頻減振隔聲中的應用
參考文獻
附錄本書中材料仿真計算參數

前言/序言

　　一直以來，對設備結構進行低頻減振降噪是理論和工程應用上難以解決的問題。周期結構在工程中廣泛使用主要是在滿足力學要求的前提下減輕結構的質量，同時也使周期結構在外部激勵下容易發生振動，並輻射齣強烈的噪聲。因此，對工程設備結構中的波傳播特性及其物理機理的研究是實現減振降噪的基礎。
　　近年來，凝聚態物理學領域中的聲子晶體、聲學超材料等概念的提齣打破瞭傳統方法，為低頻減振降噪提供瞭全新的思路，但是仍然有很多關於物理機理的本質問題和針對實際工程需要的技術問題沒有解決。本書基於在低頻內進行減振降噪這一核心問題，從新機理、新結構設計和工程新應用這三方麵齣發，通過對帶隙特性、物理機理的研究，總結研究其結構、材料和帶隙變化之間的關係。
　　筆者自2013年開始進行聲子晶體、聲學超材料特性理論的研究。隨後，以結構中的低頻減振降噪為目的，在深入分析傳統周期結構減振降噪理論和方法的基礎上，結閤最新理論研究，開展瞭一係列聲子晶體彈性波帶隙的應用研究。近期，又緊跟國際聲學超材料的發展，開展瞭基於聲學超材料前沿理論的水下聲學覆蓋層應用研究。
　　本書緊緊圍繞利用人工周期結構（聲子晶體、聲學超材料）解決低頻減振降噪的核心問題，詳細而巧妙地設計齣一係列新結構來揭示帶隙産生的新機理，從振動的物理本質齣發，推導齣一係列與人工周期結構相關的帶隙力學估算模型，總結並給齣其參數影響規律和設計經驗。針對企業的實際需求，通過聲學實驗證明瞭本書提齣的人工周期結構具有優秀的隔聲能力，並評估其實用性。本書的研究對推動聲子晶體、聲學超材料理論在減振降噪領域中的工程應用具有重要的理論研究意義和工程參考價值。
　　中國電子科技集團公司第十四研究所瀋禮博士對本書的撰寫提齣瞭寶貴建議，課題組的侯宏教授以及西安交通大學吳九匯教授給予瞭許多支持和幫助，程寶柱、張瑞浩、柒誌光等研究生和周文林等本科生也參與瞭校稿工作，在此一並錶示感謝。
　　同時，本書的完成還要感謝國傢自然科學基金項目（項目編號11474230）以及中央高校基本科研業務費（編號3102016QD056）的支持。
　　由於水平有限，書中難免存在不妥之處，熱忱希望各位專傢和讀者批評指正。

固體物理學前沿探索：新型材料的聲學性能與應用 圖書簡介 本書聚焦於當代材料科學與固體物理學交叉領域的前沿課題，深入剖析瞭一類具有周期性結構的新型材料——超材料——在聲學和振動控製方麵的獨特物理機製、設計原理與工程應用。全書摒棄瞭對特定功能材料的預設，轉而構建瞭一套普適性的理論框架，用以理解和量化材料結構對宏觀聲波和振動波的影響。 本書的核心關注點在於波的拓撲結構、負有效參數響應以及非綫性動力學行為。我們不討論聲子晶體的具體應用，而是從更基礎的物理現象齣發，探討如何通過精妙的結構設計，實現對彈性波、聲波在常規材料中難以實現的調控能力。 第一部分：周期性結構中的波的傳播動力學 本部分為全書的理論基石，詳細闡述瞭周期性介質中波的本徵行為。 第一章：晶格動力學與能帶結構基礎 本章首先迴顧瞭晶格振動的基本理論，引入布裏淵區、費米麵等概念。重點在於構建一維和二維周期結構的色散關係模型。我們利用格林函數方法和平均場近似，推導瞭在不同對稱性晶格中波傳播的特徵方程。特彆地，我們引入瞭宏觀等效介質理論（MIMT）的局限性分析，旨在說明在結構尺度接近或小於波長時，傳統連續介質理論失效的原因。本章強調瞭布洛赫定理在周期結構中的本質意義，以及如何通過改變晶格常數和單元內部結構參數，來塑造聲學或彈性波的禁止帶（Band Gaps）。這裏的禁止帶是材料對波傳播的內在限製，而非外部激勵的消散。 第二章：拓撲不尋常的波的邊緣態 超越傳統的能帶計算，本章深入探討瞭拓撲絕緣體概念在聲學和機械係統中的類比實現。我們引入瞭拓撲不變量（如Chern數或Z2不變量）來錶徵周期結構的宏觀聲學特性。重點分析瞭在具有時間反演對稱性破缺或強梯度勢場下，如何産生具有非零拓撲荷的邊緣態。這些邊緣態的傳播路徑是“受保護的”——即對局部的幾何缺陷和雜質具有極強的免疫性，這與傳統基於能量差值定義的禁帶有著本質區彆。本章通過數值模擬展示瞭這些拓撲聲波在復雜路徑上傳播的魯棒性。 第二部分：負參數響應與超常聲學現象 本部分的核心在於探討如何設計結構，使得材料錶現齣在自然界中不存在的本構關係，即具有負的有效質量密度或體積模量。 第三章：逆壓電效應與負有效質量 本章專注於負有效質量的實現機製。我們分析瞭由動態力學結構（如梁、闆或懸臂梁）的幾何非綫性振動模式所導緻的宏觀響應。當結構的工作頻率接近其固有共振頻率時，其對外部激勵的響應錶現齣相位滯後或超前的極端情況。我們詳細推導瞭通過局部共振器（Local Resonance Structures）實現負有效質量密度的物理機製。這涉及到對諧振子模型和阻尼效應的精細化處理，著重分析瞭負有效體積模量的結構化實現，即通過引入空腔或可壓縮結構，使得材料在特定頻率範圍內對壓力波産生與常規材料相反的形變響應。 第四章：廣義洛倫茲與類比電磁理論 本章將聲學和彈性波的傳播類比於電磁波在超材料中的傳播。我們建立瞭類洛倫茲介質（Lorentzian-like Media）在聲學領域的等效模型。重點分析瞭雙負響應（同時具有負有效質量和負體積模量）區域的形成條件。在此區域內，波的相速度和群速度方嚮相反，導緻瞭負摺射現象。本章利用費曼圖和路徑積分方法，從更抽象的物理層麵解讀瞭負摺射的本質，並探討瞭如何通過精確控製結構參數，實現對聲波的完美聚焦或空間相位控製。 第三部分：非綫性動力學與能量耗散控製 本部分關注真實世界中材料的復雜響應，特彆是非綫性特性和能量的有效管理。 第五章：非綫性模態耦閤與自激振蕩 本章探討瞭材料內部結構（如晶格位錯、材料界麵）在強激勵下的非綫性行為。我們引入Duffing振子模型和非綫性薛定諤方程（NLS）的聲學類比形式，分析瞭四波耦閤和剋爾效應在彈性波傳播中的體現。特彆關注瞭當聲波強度達到一定閾值時，能量如何在不同頻率模式之間轉移，可能導緻自激振蕩或孤子（Soliton）的産生與演化。這為理解高強度超聲波在復雜介質中的衰減和能量沉積提供瞭新的視角。 第六章：結構阻尼與能量的動態轉移 與傳統的能量吸收（如粘滯阻尼）不同，本章側重於基於結構幾何的能量重新導嚮。我們引入瞭耗散彈性體的概念，並分析瞭如何通過引入傾斜的界麵或非對稱的耗散單元，將入射的彈性波能量有效地轉化為低頻、難以傳播的模式，或者通過非綫性機製將其轉化為熱能。本章對粘彈性材料的本構關係進行瞭修正，納入瞭頻率依賴的楊氏模量和泊鬆比，為更精確地預測實際工程中的振動衰減提供瞭工具。 總結 本書旨在提供一個全麵且深入的理論和計算平颱，用於分析和設計具有特定聲學或振動控製功能的新型周期性結構和超材料。它強調瞭從基礎物理原理齣發，通過結構調控實現宏觀波的靈活操控的科學路徑，為麵嚮未來復雜聲學環境下的被動與主動控製技術奠定堅實的理論基礎。全書貫穿著對結構-特性-功能之間內在聯係的深入挖掘，適閤於固體物理、材料科學、聲學工程及結構動力學領域的科研人員和高級學生參考。

評分☆☆☆☆☆

從編輯和排版的角度來看，這本書的編排邏輯清晰，章節之間的過渡自然流暢，體現瞭高水平的學術齣版標準。信息的密度非常高，幾乎沒有冗餘的敘述，每一句話都承載著重要的物理信息。然而，我個人認為，如果在涉及復雜三維建模和計算聲學模擬（如有限元法或邊界元法）的部分，能夠加入更多不同軟件環境下的參數設置示例或後處理技巧的簡要說明，或許能更好地服務於那些需要快速上手進行數值模擬的研究生。盡管如此，作者對不同數值方法在處理結構復雜性時的優劣勢對比分析，依然具有重要的指導意義。總而言之，這是一部紮實、深刻且具有前瞻性的專業著作，它不僅總結瞭當前聲子晶體減振降噪領域的核心知識體係，更為後續的研究工作指明瞭多個值得深入探索的方嚮，是該領域不可或缺的裏程碑式文獻。

評分☆☆☆☆☆

這本書的敘事風格非常穩健，帶著一種老派物理學傢的嚴謹和一絲不苟。語言的組織上，大量使用瞭精確的數學符號和詳盡的公式推導，這讓內容顯得非常“硬核”。對於那些希望從根本上掌握聲子晶體物理機製的讀者來說，這種詳盡的數學論證是不可或缺的。然而，這種風格也帶來瞭一定的閱讀門檻，非專業人士可能需要反復查閱前置知識纔能完全跟上作者的思路。我注意到，作者在處理非綫性聲學效應的部分尤其齣色，他清晰地區分瞭綫性聲子晶體理論在強激勵下的局限性，並引入瞭 Duffing 振子模型等非綫性工具來描述振幅依賴的帶隙移動現象。這種對理論適用範圍的邊界意識，體現瞭作者對研究前沿深刻的洞察力。總體來看，這是一部麵嚮高層次研究人員和博士生的深度參考資料，它要求讀者具備紮實的聲學和固體力學背景。

評分☆☆☆☆☆

令我感到驚喜的是，此書在討論“應用”時，視角相當開闊，遠超齣瞭傳統的隔音牆或機械阻尼器範疇。作者花費瞭好幾章的篇幅，探討瞭如何利用聲子晶體的負有效質量和負有效體積特性，設計齣具有超常聲學性能的器件，例如聲學超材料中的完美吸收體和隱身器件的理論基礎。這種將“減振降噪”的概念提升到更宏觀的“聲波調控”層次的論述方式，極大地拓展瞭我們對聲子晶體潛能的想象空間。書中對這些新興應用的案例分析，雖然很多仍處於理論驗證階段，但其清晰的物理圖像和巧妙的結構設計，無疑為未來突破傳統聲學限製提供瞭明確的藍圖。它成功地將一本看似聚焦於工程問題的書籍，提升到瞭基礎科學前沿探索的高度，激發瞭讀者對未來聲學器件設計的熱情。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書的後半部分，我感受到瞭強烈的工程實踐導嚮，這與前麵對純理論的探討形成瞭完美的互補。作者精妙地將理論分析與具體的減振降噪應用場景相結閤，詳述瞭如何設計齣具有寬帶隙或特定指嚮性隔聲特性的三維聲子晶體結構。特彆是在處理實際工程中的環境振動問題時，書中探討的拓撲優化方法和幾何參數的逆嚮設計流程，極具操作價值。例如，它沒有僅僅停留在理想周期結構上，而是深入分析瞭在製造公差、材料非綫性和邊界條件等實際約束下，聲子晶體性能可能齣現的退化與優化策略。這種“從實驗室到車間”的思維路徑，使得這本書不僅僅是一本學術專著，更像是工程技術人員解決實際噪聲汙染問題的工具書。我嘗試按照書中的某些設計流程復盤瞭一個過去遇到的低頻振動隔離項目，發現書中提供的仿真驗證方法和參數敏感性分析，能有效避免許多初期設計誤區，極大地提高瞭研發效率。

評分☆☆☆☆☆

這部關於聲子晶體的著作，從物理學的基礎原理齣發，深入剖析瞭周期性結構如何調控聲波的傳播行為。作者沒有止步於理論推導，而是花費瞭大量篇幅闡述瞭布裏淵區、能帶結構以及禁帶的形成機理，這對於理解晶體如何實現對特定頻率聲波的有效抑製至關重要。我特彆欣賞作者在解釋概念時的詳盡與清晰，即使是初次接觸固體物理和波動力學的新手，也能通過這些嚴謹的闡述，構建起對聲子晶體概念框架的完整認知。書中的圖示質量極高，那些展示態密度、群速度以及聲子帶隙邊界的麯綫圖，直觀地揭示瞭結構參數（如孔洞尺寸、晶格常數）與聲學性能之間的復雜映射關係。這種理論深度與可視化效果的結閤，使得本書不僅是研究人員的手冊，也為高等教育階段的教學提供瞭極佳的參考資料。它為我們打開瞭一扇窗，去審視材料科學如何通過結構設計來“編程”材料的聲學響應，而非僅僅依賴材料本身的本徵性質。