بررسی اثرات نقص ساختاری بر یک هدایت کننده موج با ساختار نامتجانس کریستال فونونیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه مکانیک دانشگاه اراک

2 باستادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان ، ایران

چکیده
کریستال‌های فونونیک مواد مرکبی هستند که از آرایش متناوب یک یا چند ماده آخال در یک ماده زمینه متفاوت ایجاد می‌شوند. از حذف یک ردیف از آخال ها، هدایت کننده کریستال فونونیک قابل دستیابی است. در این پژوهش اثرات نقص ساختاری بر یک هدایت کننده موج با ساختار نامتجانس کریستال فونونیک بررسی شده است. ساختار مورد نظر از تکرار آخالهای فولادی در زمینه اپوکسی به وجود می آید. این ساختار از ترکیب آرایش مربعی و مثلثی تشکیل می شود. برای تحلیل ساختار فوق از روش تفاضل محدود جابجایی-مبنا در حوزه زمان استفاده شده است. تحلیل نشان می دهد ریشه‌ای که عمود بر راستای هدایت کننده نامتجانس قرار دارد، باعث تنزل طیف عبور در فرکانس‌های 102 و 123 کیلو هرتز می‌شود. همچنین هدایت کننده در حالتی که یک حفره را در بر می گیرد، تنها فرکانس 104 کیلو هرتز را هدایت می‌کند. در نهایت، حفره ای که در مجاورت هدایت کننده قرار می گیرد، اثر ناچیزی بر کاهش عبور هدایت کننده دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Investigation Of effects Of Structural Defects On A Phononic Crystal Heterostructure Waveguide

نویسندگان English

Mohammad Bagheri nouri 1
mehran moradi 2
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak 38156-88349, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan 84156-83111,
چکیده English

Phononic crystals are inhomogeneous structures which are created by periodic arrangement of inclusions in an elastically different host material. By removing of a row of inclusions, phononic crystal waveguide can be obtained. In this research, effects of structural defects on a phononic crystal heterostructure waveguide have been investigated. The heterostructure is composed of square and triangular phononic crystals (periodic arrangement of steel inclusions in epoxy host). To analyze the structure, displacement based finite difference time domain method has been used. The simulation shows that a stub attached vertically to the heterostructure waveguide induces dips in the transmission spectrum. Also, the frequency range of the transmission was limited to a narrow frequency domain of 104 Khz in the cavity-containing waveguide. Finally, the simulation showed that the effect of the cavity that is inserted at the side of the waveguide is insignificant.



Phononic crystals are inhomogeneous structures which are created by periodic arrangement of inclusions in an elastically different host material

کلیدواژه‌ها English

Phononic crystal
Structural Defect
waveguide
finite difference method
[1] Chen CQ, Cui JZ, Duan HL, Feng X-Q, He LH, Hu GK, et al. Perspectives in mechanics of heterogeneous solids. Acta Mechanica Solida Sinica. 2011;24:1-26.
[2] Pennec Y, Vasseur JO, Djafari-Rouhani B, Dobrzyński L, Deymier PA. Two-dimensional phononic crystals: Examples and applications. Surface Science Reports. 2010;65:229-91.
[3] Lakhtakia A, Varadan VV, Varadan VK. Reflection characteristics of an elastic slab containing a periodic array of circular elastic cylinders: P and SV wave analysis. The Journal of the Acoustical Society of America. 1988;83:1267-75.
[4] Economou EN, Zdetsis A. Classical wave propagation in periodic structures. Physical Review B. 1989;40:1334.
[5] Yang Xe, Zhong J, Xiang J. Optimization scheme for piezoelectric energy harvesting in line-defect for 2D starlike hole-type phononic crystals considering waveguides. AIP Advances. 2022;12:015012.
[6] Zhang S, Liu J, Zhang H, Wang S. Tunable Low Frequency Band Gap and Waveguide of Phononic Crystal Plates with Different Filling Ratio. Crystals. 2021;11:828.
[7] Jia Z, Chen Y, Yang H, Wang L. Designing phononic crystals with wide and robust band gaps. Physical Review Applied. 2018;9:044021.
[8] Guo Y, Schubert M, Dekorsy T. Finite element analysis of surface modes in phononic crystal waveguides. Journal of Applied Physics. 2016;119:124302.
[9] Salman A, Kaya OA, Cicek A. Determination of concentration of ethanol in water by a linear waveguide in a 2-dimensional phononic crystal slab. Sensors and Actuators A: Physical. 2014;208:50-5.
[10] Khelif A, Choujaa A, Benchabane S, Djafari-Rouhani B, Laude V. Guiding and bending of acoustic waves in highly confined phononic crystal waveguides. Applied physics letters. 2004;84:4400-2.
[11] Kafesaki M, Sigalas MM, Garcia N. Frequency modulation in the transmittivity of wave guides in elastic-wave band-gap materials. Physical Review Letters. 2000;85:4044.
[12] Khelif A, Djafari-Rouhani B, Vasseur JO, Deymier PA, Lambin P, Dobrzynski L. Transmittivity through straight and stublike waveguides in a two-dimensional phononic crystal. Physical Review B. 2002;65:174308.
[13] Khelif A, Djafari-Rouhani B, Vasseur JO, Deymier PA. Transmission and dispersion relations of perfect and defect-containing waveguide structures in phononic band gap materials. Physical Review B. 2003;68:024302.
[14] Benchabane S, Khelif A, Choujaa A, Djafari-Rouhani B, Laude V. Interaction of waveguide and localized modes in a phononic crystal. EPL (Europhysics Letters). 2005;71:570.
[15] Wu T-T, Hsu J-C, Sun J-H. Phononic plate waves. IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. 2011;58:2146-61.
[16] Mohammadi S, Adibi A. On chip complex signal processing devices using coupled phononic crystal slab resonators and waveguides. AIP Advances. 2011;1:041903.
[17] Bagherinouri M., Moradi M. Presentation and investigation of a new two dimensional heterostructure phononic crystal to obtain extended band gap. Physica B: Condensed Matter. 2016;489:28-32.
[18] Chew WC, Liu QH. Perfectly matched layers for elastodynamics: a new absorbing boundary condition. Journal of computational acoustics. 1996;4:341-59.
[19] Lambin P, Khelif A, Vasseur JO, Dobrzynski L, Djafari-Rouhani B. Stopping of acoustic waves by sonic polymer-fluid composites. Physical Review E. 2001;63:066605.
[20] Adibi A, Khelif A. Phononic Crystals: Fundamentals and Applications: Springer, 2016.
دوره 2، شماره 2
تابستان 1401
صفحه 123-133

  • تاریخ دریافت 28 فروردین 1401
  • تاریخ بازنگری 02 خرداد 1401
  • تاریخ پذیرش 25 مرداد 1401