空间卷曲超表面圆柱壳声波调控及试验研究

基于广义斯涅尔定律,设计了两种由空间卷曲单元构成的空间卷曲超表面圆柱壳,通过改变单元内部齿条长度、宽度以及数量改变声波传播路径的长度和透射声波相位,实现对点声源声波的单向调控和双向调控,在目标范围内产生低噪声区域。推导了适用于超表面圆柱壳的极坐标广义斯涅尔定律表达式,应用有限元方法分析了空间卷曲超表面圆柱壳在点声源作用下的声压场分布和波的调控特性。搭建了声压测试试验平台,测得结构的透射声场声压值,将测量值与数值结果对比验证,两者具有较好的一致性。结果表明所设计的超表面圆柱壳可实现对柱面波的有效调控,为管道、压力容器等工程结构产生的柱面波噪声控制提供有益参考。

卷曲空间型超表面对声波的调控

声学超表面具有天然材料所不具备的独特属性,为声学器件的设计提供了多样性。以广义斯涅尔定律为理论基础,设计了具有多种声波调控能力的折射型相位梯度超表面。该超表面由8个具有不同结构参数的卷曲空间单元结构组合而成,在中心频率3 500 Hz附近,8个单元结构的相位覆盖π范围且声波透射率较高。通过合理地设计超表面水平方向上的相位梯度变化,能够实现对声波的任意调控,在理论和有限元仿真上依次实现了异常折射、无衍射贝塞尔声束和声聚焦。这种厚度薄、透射率高的声超表面,在声学器件设计方面具有潜在的应用价值。