具有超宽带隙的三维声子晶体
材料科学
2017-01-27 v3
摘要
本文使用基于梯度的拓扑优化（TO）来发现表现出超宽归一化全角度全模式带隙的三维声子结构。重复进行三维声子能带结构评估这一具有挑战性的计算任务通过快速混合变分特征值求解器与分布式图形处理单元（GPU）并行计算相结合得以完成。TO算法利用基于材料分布的方法和基于梯度的优化器。混合变分特征值问题的设计灵敏度利用伴随方法推导，并通过高效向量化技术实现。我们给出了双材料简单立方（SC）、体心立方（BCC）和面心立方（FCC）晶体结构的优化结果，并表明在这些情形中，不同的初始设计均收敛到其相应原胞内的单夹杂网络拓扑。优化结果表明，对于体波传播的大声子阻带可以在低于密堆积球状构型的情况下实现，从而导致更轻的原胞。对于碳化钨-环氧树脂晶体，我们确定了超过100%的全角度全模式归一化阻带，这比仅使用球形夹杂所能达到的更大。
引用
@article{arxiv.1603.06855,
title = {3-D phononic crystals with ultra-wide band gaps},
author = {Yan Lu and Yang Yang and James K. Guest and Ankit Srivastava},
journal= {arXiv preprint arXiv:1603.06855},
year = {2017}
}