系统频率电磁调谐的双层薄膜声学超材料

为了拓宽声学超材料对低频声波的隔声带宽,设计了1种系统频率电磁调谐的双层薄膜声学超材料,该超材料由双层硅橡胶薄膜、薄膜之间的羰基铁粉、附加铅质质量块、铝质框架和电磁场加载装置等组成.运用COMSOL Multiphysics 5.5仿真和试验等方法,对声学超材料的声学性能进行了研究.研究结果表明:该声学超材料在低频范围内可实现良好的隔声效果;通过输入不同电流改变磁场强度,可以实现声学超材料固有频率的定向调节;与被动声学超材料相比,主动声学超材料实现了声学超材料隔声性能的非接触主动调谐,拓宽了声学超材料的声波控制带宽;在此基础上,通过进一步探讨材料参数对声学超材料声学性能的影响,发现双层薄膜的厚度越厚,杨氏模量越大,声学超材料将获得更宽的隔声带宽.     

密度为零的零折射率声学超材料研究

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时能实现等效质量密度为零的零折射率超材料.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大的几何不匹配,系统在输入声波频率为fm和Fabry-Pérot(FP)共振频率时能实现声波完全传输,且在频率fm处具有相位超耦合和传输增强等特性.除此之外,当改变复合超材料中零折射率超材料的长度D和弯曲角度θ时,发现其在频率为fm时所具有的特性不变,而FP共振频率的大小会随零折射率超材料长度的变化而改变.     

一种具有宽频效应的声学超构材料

通过周期性排布具有不同谐振频率的亥姆霍兹共振器,构建了一种宽频带负体弹模量的声学超构材料.首先基于局域共振理论和有效媒质理论,阐述了负有效体弹模量产生的机理并给出了理论表达式,然后利用有限元仿真得到了该超构材料的透反射系数,并用提取参数法计算了有效体弹模量.结果表明,设计的超构材料在673~1 245 Hz的宽频范围内实现了负有效体弹模量.这种设计思路为构建宽频带负声学参数超构材料提供了一种新途径.     

盘绕型声学超构材料的近零折射率特性研究

近零折射率材料是一类等效质量密度和等效体模量的倒数同时趋于零或者其中之一趋于零的声学超构材料,在近零折射率声学超构材料中声波会表现出声速无穷大、高效声传输等特性,这些特性为声波调控带来了一些独特的应用.以圆形盘绕型结构为基本单元,该基本单元通过对空间的卷曲和盘绕,大大增加了声波在单元中的传播路径.通过对单个圆形盘绕型基本单元的等效参数进行计算,得到基本单元近零折射率特性所对应的频率点,以具有此近零折射率特性的结构为基本单元来构造声学超构材料.通过利用超构材料对刚性散射体进行不同方式的包裹以实现声隐身效应.此外,利用该基本单元对不同形状的弯曲波导管进行填充实现了声波隧穿效应.     

微波可调谐超材料吸波体研究进展

随着电磁波干扰防护技术与隐身技术的的发展,吸波材料已成为科学研究的重要课题。介绍了材料的吸波原理、吸波材料的分类及其特征,总结了超材料吸波体在微波频段的应用研究现状,综述了超材料作为可调谐吸波体的研究进展,展望了超材料在可调谐吸波体中的研究趋势。     

非对称声学超材料的各向异性反射特性及等效参数

针对非对称声学超材料的异常声学特性问题,设计了材料非对称、几何非对称和共振非对称3种结构,深入研究了各向异性反射特性及等效参数的产生机理。通过仿真和实验研究了3种非对称声学超材料的声学特性,研究表明当材料非对称和几何非对称形成非对称共振特性时,可实现各向异性的反射相位,考虑材料损耗下还可进一步实现各向异性的反射幅值。非对称共振特性还产生了各向异性的等效参数,进而提出了改进的直接法来求解非对称声学超材料的统一等效参数,求解的统一等效参数和透射幅值存在对应关系并且满足被动材料的要求,验证了该方法的正确性。该研究结果可为设计具有零反射的声学器件提供一定的参考。     

先微波可调谐超材料吸波体研究进展

 随着电磁波干扰防护技术与隐身技术的的发展,吸波材料已成为科学研究的重要课题。介绍了材料的吸波原理、吸波材料的分类及其特征,总结了超材料吸波体在微波频段的应用研究现状,综述了超材料作为可调谐吸波体的研究进展,展望了超材料在可调谐吸波体中的研究趋势。     

二维声学超材料透镜的设计与实验

基于等效媒质理论提出了一种由新型声学超材料设计的渐变折射率透镜.根据电磁学与声学基本参数存在的类比关系,参照电磁人工材料设计中提取单元结构的等效电导率和等效磁导率的方法,分别提取单元结构的等效弹性模量和等效质量密度,并进一步求得其等效相对阻抗和等效折射率,对设计的透镜进行有限元数值仿真在宽频范围内得到了与实验一致的偏折角度.该透镜由光敏树脂3D打印制成,与传统透镜相比,它具有尺寸小、设计简单、精度高,重量轻等特点.仿真结果和测试结果吻合较好,进一步验证了声电类比设计方法的可行性,为设计宽频带新型声学参数人工材料提供了一种新途径.     

电控可调谐双波段超材料吸波体分析

为实现超材料吸波体吸收频率的智能调控,采用理论分析与模拟仿真相结合的方法,首先设计了一种双波段超材料吸波体,然后在双波段超材料吸波体中加入电流变液,通过改变电流变液外加电场的强度实现了双波段超材料吸波体吸收频率的智能调控。结果表明：双波段超材料吸波体在7.403 GHz和17.511 GHz处出现了两个吸收峰,吸收率分别为99.8%和70%;随着电流变液外加电场强度的增加,吸波体的吸收频率逐渐往低频发生移动,吸收频率调节率高达55%,由此提出了一种智能调控的双波段超材料吸波体。     

声学超材料、水声以及仿生声学

正第12届理论与计算声学国际学术会议于2015年10月11~16日在杭州举行。该学术会议是由美国著名华裔声学家李定教授发起、旨在促进国际声学领域学术交流的纯学术性研讨会,为国际声学界影响最大、规格最高的国际会议之一。本届会议由浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室、浙江工业大学声学与振动联合实验室以及浙江省振动工程学会联合承办,并得到浙江省科协、浙江省自然科学基金委员会等单位的资助。本届大会主席是美国     

声超常材料:负参数声学材料的实现

声超常材料是质量密度和模量可以为负的新型人工材料,其实现在概念上推动了声理论的发展,同时也为研究各种新奇性质提供了可能,从而在应用上为设计各种新型波功能器件提供了基础.对声超常材料的研究成为当前国际上的一个研究热点.对声超常材料的研究进展评述,同时对局部共振机制实现负参数的基本原理进行阐述.     

超弹性固体混合物的等效本构方程

本文证明了超弹性固体混合物的本构等效均匀体也是超弹性固体,其等效比自由能等于各部分物体自由能的体积均值,用第一类 P-K 应力描写的等效比Gibbs 函数也等于各部分物体比 Gibbs 函数的体积均值.但用其他伪应力描写的等效比 Gibbs 函数具有较复杂的计算式,不等于其体积均值.     

基于声学超材料的无源声学循环器的设计

近年来,新型声学器件的发展迅速,比如声学二极管的提出,类比于传统的电学二极管,实现了对声波的整流和非互易(或非对称)的声传播.随后,声学晶体管也被理论上设计和提出.作为新型的声学概念型设备,声学器件呈现了从简单的二端口向三多口甚至多端口的发展趋势(比如声学二极管到晶体管).另一方面,声学超材料是近10年来的热门研究话题.利用声学超材料的亚波长共振效应,可以实现丰富的功能,包括声学斗篷,声学幻像,聚焦透镜,涡旋场和任意波束形成.将超材料单元引入一个旋转对称的多端口系统,实现了无源的复杂声学网络中的声学路径操控.证明了当超材料提供了打破左右对称的附加波矢后,声学系统中只允许向右(或向左)传播.因此实现了声波只能逆时针传播(或顺时针)的无源声学循环器.解析分析了每个超材料单元对声波的偏转角度来预测声传播路线.最后,进一步将三端口循环器拓展到更多端口的情况.     

负泊松比负热膨胀超材料微结构拓扑优化设计

提出一种拓扑优化设计方法,用于设计同时具有负泊松比和负热膨胀系数的超材料.超材料是人工设计的复合材料,由微米或纳米结构的周期性阵列组成,并具有天然材料难以具备的超常物理性质.基于拓扑优化理论,建立了一个表示多材料微观结构的多相边界的水平集模型,并采用数值均匀化方法来计算微观结构的等效性能,然后通过参数化水平集优化方法实现边界形状的演变和拓扑结构的设计.通过两个数值算例,给出超材料微结构材料分布的优化结果,证明了设计方法的可行性,为实现具备特殊性能的人工材料设计提供了一套系统的设计方法.     

脉冲可调谐钛宝石激光器的实验

本文报道了一种小型化的脉冲钛宝石激光器,可输出５３２ｎｍ绿光和可调谐钛宝石激光。     

基于表观质量负刚度效应的调谐质量阻尼器频率调节

以附加惯性飞轮与滚珠丝杠机构的弹簧-质量块单自由度(SDOF)模型为例,综合理论分析与模型试验建立了表观质量引起的负刚度效应模型。分析了将表观质量负刚度效应应用于调谐质量阻尼器(TMD)频率调整的可行性。研究表明:基于表观质量负刚度效应的TMD频率调节方法,采用质量比很小的惯性飞轮封装,即可实现TMD频率较大范围内的高效调节;基于表观质量负刚度效应的竖向超低频TMD设计方法,有效解决了TMD静压缩量偏大的问题。     

负折射率超材料实现光线增强

不久前，美国研究人员研制出一种可增强光线的负折射率超材料，从而扫除了超材料在光学技术领域大展拳脚的根本障碍。新研究预示着，研究人员能据此研发出功能超强的显微镜、计算机甚至隐形斗篷。     

含等效偶应力的蜂窝材料面内变形等效本构方程

用等效偶应力和不对称的等效应力描写了蜂窝材料面内变形的等效本构方程.     

双波长可调谐脉冲钛宝石激光器的实验研究

根据多波长同时振荡条件，双折射滤光片透过率与波长的函数关系，得到了７６１．１～７９５．４ｎｍ，７８３．４～８２０．０ｎｍ，波长平均间隔为３６．４ｎｍ调谐范围为２４．６ｎｍ的双波长脉冲钛宝石激光输出。