局域共振型五模超构材料的低频声波调控方法

五模超构材料是一类具有固体结构与"流体"特性的人工微结构,由于较好的压缩波与剪切波的解耦合能力、较低的填充率、丰富的晶格构型及可调参数较多等特点,在声波/弹性波隐身衣、声学波导、声学超构表面等声波调控领域具有潜在应用。由单质材料组成的五模超构材料可以被看作是布拉格散射型的声子晶体,其工作频率在高频波段,而目前针对低频声波调控的五模超构材料的研究还比较少。从3个部分介绍局域共振型五模超构材料的低频声波调控方法和研究进展:首先,对五模超构材料的基本概念及国内外研究现状进行介绍;其次,对两种局域共振型五模超构材料的设计及数值计算过程、能带结构及带隙调控方法进行介绍;最后,对五模超构材料的样件加工技术及测试手段进行介绍,并对局域共振型五模超构材料研究中亟待解决的科学及工程问题进行总结及展望,期望为后续五模超构材料在低频声波控制领域的研究及工程应用提供参考。

五模声学超表面分段设计及其波控性能分析

为拓宽五模微结构可实现的等效物性参数范围,提出采用两种基材对超表面分段设计的方法.在五模超表面理论推导的基础上,以Norris提出的微结构为基本构型,采用均匀化理论计算微结构的等效模量矩阵,对微结构几何参数进行优化设计,获得了具有铝和钛合金两段基材的反射式声学超表面.结合能带分析和定向反射仿真实验,分析了微结构声学特性及其对超表面波控性能的影响,仿真结果表明:具有两种基材的超表面能够实现较宽的模量和密度分布,从而保证所需声速梯度,仿真结果验证了方法的可行性和有效性.本方法为五模超材料设计提供了一种新途径,对于大空间或大角度的声波调控具有重要的工程应用价值.