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各种类型声学超材料

作者:鸭脖官网时间:2021-02-06 10:54

  声学超材料是人工制造的一种复合结构。由于它结构尺寸单元远小于声波波长,具有很多自然材料所不具备的特殊性质,极大地扩展了声学材料的内涵及其应用领域。

  其中,分别D1和D2代表组元1和组元2的静态质量密度,f为组元1占整体的比例。

  将用硅橡胶包裹的铅块,按立方晶格结构嵌入到环氧树脂的基体中,此时铅块充当质量块,硅橡胶起到弹簧的作用,环氧树脂作为基体。在低频处,就会出现铅块和基体运动失谐的情况,产生了负等效质量密度,同时由于铅块运动能吸收声波所传递的能量而在低频处产生禁带。

  当声波垂直于薄膜平面入射时,只要入射频率和质量块在薄膜上的共振频率相匹配,就能够使得声波被完全反射,而不能透过。因此可以通过调整质量块和薄膜的弹性模量,就可以调整等效负质量密度出现的频率,实现对某个较窄频段声波的衰减。

  具有局部单级共振单元才能实现负等效模量。目前采用周期排列亥姆赫兹共鸣器作为支路来实现负等效模量比较多。这种结构对材料本身的要求较小,而对几何尺寸有了比较严格的要求。

  采用周期排列亥姆赫兹共鸣器作为支路,利用单极共振来实现负等效模量,同时在通道中加入薄膜型超材料通过偶极共振来实现负等效质量密度。

  “双负”声学超材料具有普通材料所不具备的特性,能够实现亚波长聚焦,超成像效应,声隐身等特性。

  坐标变换是人眼能看到的虚空间和实际客观存在的物理空间之间的映射关系,通过坐标变换,可以得到虚空间和实空间材料参数分布的关系。这种关系能够帮助人们获得一些新型的声学器件来控制声波的传输。

  由于变换声学所要求的材料模量渐变,密度各向异性且渐变等,这些参数非常苛刻,所以在声隐身方面实验进展比较缓慢。

  另一种是结合变换声学和坐标变换设计出各向异性的材料参数,并通过在长波近似下调制材料的尺寸来实现所需的参数。

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