非轴对称五模超材料低频声波调控分析

为实现轻质材料对低频声波的有效调控,在传统对称双锥五模超材料构型的基础上,以引入掺杂材料、飞镖型结构的方式构造了具有局域共振特性的非轴对称五模超材料单胞,通过能带分析发现其具有较宽的单模区域与低频性更优的声子禁带。此外还探究了飞镖结构节点圆半径、锥角和掺杂材料模量对能带结构与品质因数的影响。研究结果表明,单胞品质因数随着掺杂材料杨氏模量的提升而增大,单胞对低频声波的调控能力随着结构对称性的降低而变强。所设计的非轴对称单胞单模区域绝对带宽增大到原来的2.5倍,第一带隙相对带宽提升了57%。这为用于低频声波调控的五模超材料单胞构型设计提供了思路。

用于声波调控的五模式超材料

五模式超材料由于具有各向异性的弹性模量,在声波调控和声隐身方面有重要的潜在应用,因此受到了国内外的广泛关注。本文从五模式超材料的基本概念出发,对布拉格散射型五模式超材料的声学性质、弹性及力学性质的研究进展进行详细介绍,进一步介绍了我们所研究的局域共振型五模式超材料的声学和弹性性质,并对五模式超材料的数值计算方法、加工制备和测试技术进行详细介绍。另外还对五模式超材料的目前尚未解决的科学及工程问题进行分析讨论。受到结构调控的局域共振型五模式超材料兼具各向异性弹性模量和局域共振型声子晶体低频完全声子禁带的特性,为低频声波减振降噪及低频声隐身带来新的设计思路。

双锥型五模材料低频声波调控及参数设计

为有效控制噪声并进行声波调控,构造了双锥区域为TC4钛合金、节点区域为硫化橡胶的六边形排列双锥五模材料,进行能带分析发现其具有较窄的低频声子带隙和单模传输区域。为提高五模材料的低频声波调控性能,设计了正方形和三角形排列构型,结果表明三角形排列的双锥五模材料带隙的频率更低,带宽更宽,且具有单模传输性能和较好的五模特性。此外分别探究了五模材料构型的材料参数(包括双锥区和节点区的密度、泊松比和杨氏模量)以及几何参数(包括双锥宽和节点半径的变化)对带隙及单模传输区域的影响,得到带隙和单模传输区的变化规律,选择密度较轻的填充材料、较小的双锥宽和较大的节点半径不仅可以提高低频声波调控性能,而且可以降低结构质量,提高结构的稳定性。该文结果对用于低频声波传播调控的五模材料的构型和参数的设计具有一定的借鉴意义。

声学超表面及其声波调控特性研究

声学超材料作为近年来研究的一个新兴领域,极大地拓宽了声学材料在各个领域的应用,声学超表面作为声学超材料的一个分支,近几年也受到了国内外研究者的广泛关注。声学超表面是一种由超材料结构单元阵列构成的基于亚波长尺寸的新型声学超材料,能够利用广义Snell定理实现对反射声波或透射声波的定向调控,具有利用亚波长厚度调控声波的独特优势。由于其具有结构简单、物理特性丰富独特、对声波灵活有效调控等特点,成为了超材料研究中的热点课题。从超表面的概念出发,以折叠空间型超表面、五模式超表面、非结构化超表面为基础,详细介绍了几种常见结构单元的设计方法,及其对声波调控的物理机制,实现诸如负折射、声聚焦及声非对称传输等功能。此外,简略探讨了声学超表面有待解决的问题,以期为后续研究提供参考。

基于相位调控的超高透射声学超表面及其应用

声学超表面可以灵活有效地对声波进行调控,实现多种新颖的现象和功能,在诸多声波调控领域有潜在的应用前景。该文引入了一种镀膜型迷宫结构单元,可以提供全范围(0~2π)的突变相位,具有高效的透射率(~100%)和较好的鲁棒性。基于相位调控,可利用镀膜型迷宫结构单元构建出超高透射超表面,实现异常声折射、声聚焦、声束沿任意凸轨迹弯曲传播以及声成像等应用。

声学超表面研究及应用进展

声学超表面是基于广义斯涅尔定律,通过控制波前相位从而进行声波调控的新型人工结构,是声学超材料的重要分支,其新颖的调控机制和灵活的结构设计已经展现出广阔的应用前景。阐述了声学超表面的设计原理与相关研究进展,并对声学超表面有待解决的问题和发展趋势进行了探讨,对于波控结构的设计与制备实现具有指导意义。

温室设施环境中声频自适应校准研究

针对温室设施环境中采用声波促长技术时,由于环境设施对声音的来回反射、设施材料对不同声频的吸收作用等影响,使得实际声波信息失真,造成加载的声波与期望的声波相差较大,提出一种解决方案。通过及时修正声频发生系统传递函数特性参数,采用一种基于前馈补偿的闭环控制方法实现对设施环境中所加载声频的自适应校准。在一个内部长、宽、高分别为1.2 m、0.53 m、0.9 m的人工气候箱内进行声波加载试验,结果表明,该方法提高了声波在设施环境中的加载精度,对纯音、组合声频、音乐声频等类型的声波均达到了良好的校准作用,输出精度都在98%以上。

声学超构材料在降噪领域的研究进展

声学超构材料具有独特的可调节人工结构和出色的声波调控能力,在噪声控制领域得到了快速的发展。以噪声的来源为出发点,简述了声学超构材料的主要作用机理,展开叙述了不同形式声学超构材料的主要设计内容,对各种声学超构材料的现状进行简单分析,最后总结了声学超构材料领域遇到的问题和发展前景。

五模材料波控器件设计及制造研究综述

五模材料是一种具有流体特性的特殊固体,可通过微结构设计达到所需的特定力学性能。可调的物性参数和固体特征赋予五模材料优越的宽频水声调控能力,在水下声学隐身、声聚焦等特种声学装备领域具有重要的应用前景,受到国内外工程界和学术界关注。首先介绍了五模材料的基本概念及微结构设计的发展现状,从传统制造工艺和增材制造工艺角度出发,对相应的五模材料波控器件的制造和试验测试结果进行详细介绍,最后对五模材料波控器件的发展趋势和技术需求进行了展望。