模型参数对开口空心球超材料透射行为的影响

为了探究模型参数对开口空心球(Split Hollow Spheres,SHS)超材料声学透射行为的作用机理,采用声学有限元方法(FEM)模拟了SHS超材料结构单元,计算球壳材料杨氏模量、泊松比、密度以及环境温度和气体密度等模型参数发生变化时的声透射谱,并推导出相应结构单元的等效模量值,最后将各参数对透射谱和等效模量的影响进行比较。结果表明:当SHS球壳材料的杨氏模量增大到2×10~8Pa时,声透射谱中阻带峰值和负等效模量频带同时向高频方向移动,透射阻带宽度保持不变;球壳材料的泊松比和密度对透射阻带和负等效模量频带无明显影响;当环境温度逐渐升高时,阻带峰值和负等效模量频带同时向高频方向移动,透射阻带宽度保持不变;当气体密度逐渐增大时,阻带峰值向低频方向移动且幅值变小,透射阻带宽度变窄,同时负等效模量频带向低频方向移动且幅值变小。研究发现,在球壳的材料参数和环境因素中杨氏模量、温度和气体介质的密度对SHS结构单元透射行为的影响尤为突出。