研究目的
研究层状各向异性压电声子晶体中耦合弹性波的主动调控。
研究成果
研究表明，层状各向异性压电声子晶体中的耦合弹性波展现出新颖的色散现象，且对电边界的敏感性高于纯弹性波。该发现表明，耦合弹性波可实现更高的可调谐效率。
研究不足
该研究侧重于理论分析与数值算例，未进行实验验证。在某些情况下通过忽略电极厚度来省略其力学效应。
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层状各向异性压电声子晶体中沿厚度方向耦合弹性波的频带可调谐性
DOI：10.3390/cryst9080426
期刊：Crystals
出版年份：2019
更新时间：2025-09-19 17:13:59
摘要：
尽管周期性层状压电复合材料中纯纵向（主波（P波））和纯横向（次级波或剪切波（S波））波带结构的被动调节与主动调谐已有研究，但这些声子晶体中耦合弹性波（如P-SV波、P-SH波、SV-SH波及P-SV-SH波）——尤其是当波模耦合源于材料各向异性时——的主动调谐仍属未涉领域。本文提出解析矩阵法，用于求解由任意各向异性材料构成并施加四种电学边界条件的周期性多层压电复合材料中沿厚度方向传播的耦合弹性波色散特性。通过在这四种电学边界（电开路、外接电容、电短路及外反馈控制）间切换，并针对外接电容/反馈电压边界调节电容/增益系数，研究了相关声子多层晶体中沿层厚方向耦合弹性波带特性的可调谐性。首先引入状态空间形式体系描述任意各向异性弹性层与压电层的三维弹性动力学；其次基于单胞内各组成层状态向量的行波解，运用传递矩阵法推导整个周期性层状各向异性压电复合材料中特征耦合弹性波的色散方程；最后通过数值算例展示耦合弹性波的色散特性，并重点阐明其与压电组成层各向异性的关联。数值算例同时探究了电学边界与电极厚度对各类耦合弹性波带结构的影响。主要发现之一：虽然qH=nπ（qH为无量纲特征波数）必定是纯P波与S波的分界点，但该条件对耦合弹性波而言并非总是通带与阻带的划分依据；另一主要发现：耦合弹性波对各向异性电学边界的响应敏感性高于纯P波与S波模式，因此利用耦合弹性波可实现更高的调谐效率。
作者：
Qiangqiang Li，Yongqiang Guo，Yajun Wang，Haibo Zhang
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