基于卷曲空间材料的声超构表面研究

来源 :2016年度全国检测声学与物理声学会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cnunicomlxq
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  声波辐射模式的调制已经受到了人们强烈的关注,这是因为它有意义重大的应用价值,包括在超声医疗仪器、秘密通讯、声学探测等方面。然而,由于衍射效应,从普通声源发出的声波在传播过程中会发散,特别是低频声波。著名的获得声波不同辐射模式的方法是使用相位传感器阵列系统。但是,该方法在设计、加工和操作上太复杂也太昂贵了。近年来,在折射率渐变的声子晶体方面取得的进展提供了一个新的对辐射的模式进行调制的方法。该方法利用的是声子晶体的各向异性。而渐变的折射率是通过在与声波传播轴正交的方向上对声子晶体结构参数(比如填充率、材料特性或者掺杂材料的尺寸)的渐变调整而得到的。然而,由于声子晶体的晶格常数必须要和工作波长差别不大,所以在低频情况,声子晶体的尺寸会变得太大以至于无法和现有的声学系统在实际应用中进行整合。声学超材料通过其构成材料体积的逐渐变化,可以得到渐变的等效折射率,进而利用相位补偿机制,能够实现对入射声波的调制。故该声学超材料可以作为上述声子晶体的替代品。我们设计了一种基于卷曲空间(即可调的迷宫结构)的折射率渐变的超表面透镜。该超表面透镜由一系列单元结构构成。这些单元被设计成,外形尺寸一样但内部结构参数不同。不仅有助于显著地减小声学器件的外形尺寸,也有助于方便地与其他声学器件的集成。另外,我们还设计出一个二维声学麦克斯韦鱼眼透镜,使用的还是空间卷曲的声学超材料。数值模拟的结果显示,该透镜具有将从一个位于透镜表面的点声源发出的声波成像到另一侧正好相对的表面上的能力,还具有宽带和低损耗的特性。
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多功能声非对称传输器件已成为声学超材料领域的研究热点。在本文中,通过数值模拟与实验测量,研究浸没在水中含内置三角形声子晶体的弯曲波导结构的声波非对称透射效应,其中声子晶体的单元为黄铜方柱,且x与y方向的栅格常数不同。结果 表明:在低于500 kHz频率范围,该结构存在三个声波非对称透射频带,且三个频带是由不同机理引起,分别为声子晶体的带隙,聋哑模式及声子晶体与波导结构的相互作用。此外,旋转声子晶体
以普通波导管内部嵌入弹性薄膜为基本单元结构,构造了零折射率声学超材料.研究表明,在频率为fm=453.64Hz时,此超材料的等效质量密度趋于零,相速度趋于无穷大,从而得到折射率n=0.在零折射率超材料两端接上截面积较大的普通波导管构造了复合零折射率超材料,利用声传输线理论和声阻抗匹配理论,分析了该复合超材料中能量传输和轴向声压分布情况.理论和仿真结果表明:尽管在零折射率超材料与普通波导管之间存在极
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声聚焦与异常透射效应一直是声学超材料领域的研究热点。本文研究浸没在水中金属圆柱结构的声聚焦与异常透射效应。结果 表明,当声波入射到圆柱表面,基于不同的Mie共振模式,声波在圆柱内聚焦为一个或多个焦点,聚焦频率与圆柱的尺寸与形状密切相关。此外,当声波从圆柱中心激发时,圆柱外侧透射声波明显增强,且波形不变;改变入射声源位置,可调节透射声波幅值,实现声异常透射开关;利用Mie共振偶极或四极模式,可将透射
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