一种用于与声学黑洞结构耦合的声子晶体的带隙优化方案

《Scientific Reports》：A bandgap optimization scheme for phononic crystals coupled with acoustic black hole structure

　　

摘要

本研究提出了一种具有声学黑洞（ABH）结构的新声子晶体，并采用基于响应面方法（RSM）的优化方案来设计低频带隙。系统地研究了该结构的能带结构、形成机制和衰减特性，并将其与两个参考模型进行了比较。通过单因素分析，筛选出六个几何参数，其中ABH宽度、短边高度和短板宽度被确定为对第一带隙影响最大的因素。随后利用有限元方法进行了13次数值实验的Box-Behnken设计，并建立了二阶回归模型，以定量描述这三个关键参数与带隙边界之间的关系。实验结果表明，这种新型声子晶体的第一带隙为12–805 Hz，在40 Hz以下的频率范围内覆盖率达到了70%。该优化框架能够精准地针对目标频率范围（10–600 Hz）进行设计调整，最大预测误差仅为2.0%，证实了其在低频振动控制方面作为预测性设计工具的有效性。