圆弧形超表面对透射声波的可调控制与功能转换

基于“螺丝-螺母”的工作原理, 设计了可调的透射型三通道螺旋单元,通过调节螺丝的旋拧深度来改变声通道的长度, 从而实现对透射声波相位的调节.利用有限元方法计算了单元的透射波相位差和透射系数随频率和旋拧深度的变化规律.在平面广义Snell定律基础上推导了适用于圆弧形曲面的广义Snell定律.设计了圆弧形超表面, 包括弧状和圆环状两种, 实现了对透射声波波前的可调控制.根据所要实现的声学功能和给定的工作频率,利用单元的透射波相位差随旋拧深度的变化规律和圆弧形表面的广义Snell定律,确定超表面上所需的相位分布梯度及每个单元的旋拧深度,并同时考虑透射系数随旋拧深度的变化规律来对单胞旋拧深度进行适当的调整,以保证超表面具有较高的透射率.利用圆弧形超表面实现了宽频范围内声波的定向折射、波束分离和声束聚焦等声学功能的转换;利用圆环形超表面则实现了三向分波、波场螺旋化及源位置虚拟移动等声学功能的转换.同时针对上述功能进行了全波场的有限元数值模拟和相应的声学实验,实验结果与有限元模拟结果吻合良好, 验证了所设计超表面对声波波前调控的有效性.研究结果将为不规则非平面可调声学器件的设计提供理论指导.      

类正方阿基米德格子声子晶体的声学能带结构特性

利用平面波展开法计算了类正方阿基米德格子水/水银声子晶体能带结构。结果表明:与正方晶格水/水银声子晶体对比,单胞含有4个"原子"类正方阿基米德格子声子晶体存在各向同性带隙和高频带隙;在低频范围内,讨论归一化半径对类正方阿基米德格子和正方晶格水/水银声子晶体带隙相对宽度的影响,并比较它们带隙相对宽度,选择合适归一化半径值,这些类型声子晶体能够得到最宽的带隙。     

二维8重固-流型准周期声子晶体带隙特性研究

针对二维8重固-流型(钢-水)准周期声子晶体,通过实验方法测试得到了不同大小准周期系统的透射谱,并利用有限元方法计算了准周期体系的频散曲线和透射谱.结果显示,实验与有限元方法所得透射谱结果基本符合,但有限元方法得到的透射谱显示的带隙特性更为明显;二维固-流型8重准周期声子晶体选用包含其中心拼图在内的最小超元胞可以近似计算整个准周期结构的频带结构.     

一维固-液型随机失谐声子晶体中波的传播

本文研究了声波在一维固-液型随机失谐声子晶体中的传播,引进局部化因子的概念研究了结构的带隙特性和局部化特征.给出了局部化因子的计算表达式并用传递矩阵法进行了计算,考查了平面波以任意角度入射的情形.结果表明:失谐度对高频区的频带结构有较大的影响,固-液型声子晶体与固-固型声子晶体的频带结构有很大差别.     

一维准周期声子晶体中平面波的传播和局部化

本文研究了平面波在一维准周期声子晶体中的传播,引进局部化因子的概念研究了结构的带隙特性和局部化特征,利用Wolf方法给出了局部化因子的表达式并用传递矩阵法计算了局部化因子,考查了平面波垂直入射和斜入射的情形,并与相应的周期结构及随机失谐结构进行了比较。     

声学/弹性相位梯度超表面设计: 原理、功能基元、可调和编码

声学/弹性超表面是一类亚波长厚度的二维超材料, 具有很强的声波/弹性波操控能力, 在声学成像、通信、隐身、伪装、振动/噪声控制、能量收集、无损检测等领域具有潜在的应用. 本文主要综述了声学/弹性相位梯度超表面的最新发展, 包括设计原理、功能基元设计、波场操控及其应用、可调超表面设计, 以及新兴的数字编码超表面. 最后, 展望了该领域未来的研究方向.      

12重固/固型准周期声子晶体的带隙和局部化特性研究

本文结合超元胞方法利用有限元软件计算了12重固/固型(Pb/Epoxy)准周期声子晶体反平面模态的频散曲线和透射谱,并结合模态分布图讨论了弹性波的局部化现象.结果表明:对于12重固/固型准周期声子晶体,选用包含其中心拼图在内的最小超元胞来计算其反平面模态的频散曲线是合理和有效的;准周期体系在较低的频率下打开了完全带隙.