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声学超材料与超表面研究进展 被引量:32
1
作者 丁昌林 董仪宝 赵晓鹏 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第19期1-14,共14页
声学超材料是一种人工设计结构的材料,具有超越自然界材料行为的特性,如负折射、反常多普勒效应、平面聚焦等.本文主要介绍了声学超材料近二十年来的相关研究进展,重点论述了超原子声学超材料、超分子声学超材料、超原子簇和超分子簇声... 声学超材料是一种人工设计结构的材料,具有超越自然界材料行为的特性,如负折射、反常多普勒效应、平面聚焦等.本文主要介绍了声学超材料近二十年来的相关研究进展,重点论述了超原子声学超材料、超分子声学超材料、超原子簇和超分子簇声学超材料.最后简要介绍了近五年来声学超表面的研究概况和发展趋势. 展开更多
关键词 声学超材料 声学超表面 超原子 超分子
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Compact broadband acoustic sink with coherently coupled weak resonances 被引量:17
2
作者 Sibo Huang Zhiling Zhou +4 位作者 Dongting Li Tuo Liu Xu Wang Jie Zhu Yong Li 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第5期373-379,共7页
Broadband sound sink/absorber via a structure with deep sub-wavelength thickness is of great and continuing interest in physics and engineering communities.An intuitive technique extensively used is to combine compone... Broadband sound sink/absorber via a structure with deep sub-wavelength thickness is of great and continuing interest in physics and engineering communities.An intuitive technique extensively used is to combine components(resonators)with quasi-perfect absorption to piece together a broad absorbing band,but the requirement of quasi-perfect absorption substantially places a very strict restriction on the impedance and thickness of the components.Here,we theoretically and experimentally demonstrate that a compact broadband acoustic sink that quasi-perfectly absorbs broadband arriving sound waves can be achieved with coherently coupled‘‘weak resonances"(resonant sound absorbing systems with low absorption peaks).Although each component exhibits rather low absorption peak alone,via manipulating the coherent coupling effect among the components,they collectively provide a remarkably improved performance over a wide frequency range with a significantly compressed thickness.To illustrate the design principle,a hybrid metasurface utilizing the coaction of parallel and cascade couplings is presented,which possesses an average absorption coefficient of 0.957 in the quasi-perfect band(a>0:9)from 870 to 3224 Hz with a thickness of only 3.9 cm.Our results open new avenues for the development of novel and highly efficient acoustic absorbers against low frequency noise,and more essentially,suggest an efficient approach towards on-demand acoustic impedance engineering in broadband. 展开更多
关键词 BROADBAND acoustic SINK acoustic metasurface COHERENT coupling Imperfect components
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微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理 被引量:10
3
作者 刘崇锐 吴九汇 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期80-86,共7页
针对传统材料难以有效吸收低频噪声且带宽较窄的问题,提出了一种微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理,并设计了多元胞超表面结构,其中每个元胞由微穿孔板和折叠背腔组成。首先利用有限元仿真和理论公式计算单个元胞的吸声性能,并与传统... 针对传统材料难以有效吸收低频噪声且带宽较窄的问题,提出了一种微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理,并设计了多元胞超表面结构,其中每个元胞由微穿孔板和折叠背腔组成。首先利用有限元仿真和理论公式计算单个元胞的吸声性能,并与传统亥姆霍兹共振器结构进行对比,发现该结构具有优异的高阶峰值,而且峰值带宽增加约1倍,基于此提出了实现低频和宽带的机理;然后分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律,如吸声面积比、小孔直径及背腔深度等;最终通过多单元峰值间严格耦合,设计了由8个元胞组成的宽带吸声超表面。结果表明:吸声超表面厚度仅为6 cm,在频段550~2500 Hz范围内实现连续优异的吸声带宽,平均吸声系数高达90%以上。该结构具有厚度薄、频带宽且强度好等特点,在消声室、工厂和航空等场合具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 声学超表面 低频宽带吸声 微穿孔板 空间折叠
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声人工结构的声场调控研究进展 被引量:4
4
作者 李澔翔 梁彬 程建春 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2022年第4期2-29,共28页
声场调控是声学研究的核心问题之一,对医学、通信、军事以及工业检测等各个领域都有重要意义.受限于声波的物理属性及天然材料固有的声学性质,精准而简便的声波调控难以实现,导致声学学科中存在若干难题.人工构建的特殊结构可提供天然... 声场调控是声学研究的核心问题之一,对医学、通信、军事以及工业检测等各个领域都有重要意义.受限于声波的物理属性及天然材料固有的声学性质,精准而简便的声波调控难以实现,导致声学学科中存在若干难题.人工构建的特殊结构可提供天然材料不具备的特殊声学性质,为突破局限、实现各种新奇的声场调控提供了可能性.本文从声子晶体、声学超构材料及超构表面等人工结构的基本概念出发,系统综述了声场操控方面的主要研究进展,包括基于声学人工结构的声单向传播、声角动量产生/检测、声隐身及其与机器学习的融合等,并介绍了声人工结构在高容量/高速声通信、声扩散体以及低频声波吸收/隔离等方面的应用实例.最后,讨论并展望了声场人工调控技术的发展前景. 展开更多
关键词 声学人工结构 声学超构材料 声学超构表面 声单向传播 声学轨道角动量 声隐身 机器学习
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广义斯奈尔定律与声超表面 被引量:7
5
作者 朱一凡 梁彬 程建春 《应用声学》 CSCD 北大核心 2018年第1期53-62,共10页
给出了广义斯奈尔定律的相关理论推导,并总结回顾了之前的几种设计,包括声人工结构表面和几种声超表面的案例。首先,以人工结构表面为例,以解析推导为主,结合数值模拟和实验结果,证明了人工窄井结构的异常反射现象。随后,我们回顾了声... 给出了广义斯奈尔定律的相关理论推导,并总结回顾了之前的几种设计,包括声人工结构表面和几种声超表面的案例。首先,以人工结构表面为例,以解析推导为主,结合数值模拟和实验结果,证明了人工窄井结构的异常反射现象。随后,我们回顾了声超表面的设计方法,包括折叠空间式和亥姆赫兹腔式两种典型的结构化设计。最后,我们重点回顾了一种厚度仅为1/20波长的声超表面,用于设计超薄声扩散体,称为声超表面施罗德扩散体。传统的施罗德扩散体是40年前提出的建筑声学领域的经典设计,而我们提出的声超表面施罗德扩散体在中心频率具有同样优质的漫反射效果。另外,通过混合不同目标频率的超表面单元,可以设计宽带的超薄施罗德扩散体,其带宽接近于商业化的施罗德扩散体,这个例子充分展示了声超表面在实际场合的应用潜能。 展开更多
关键词 广义斯奈尔定律 声超表面 波阵面操控 施罗德扩散体
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基于PT对称的声波超前/延迟线
6
作者 张海啸 夏一宁 +4 位作者 廖丹薇 刘昕昀 刘小利 张含 鲍彧 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期1794-1802,共9页
低损耗、长带宽、时间可控的声波延迟线在音频、射频、声表面波信号处理等领域具有非常广泛的应用,然而设计满足上述三点特性的声延迟线是一项极具挑战性的工作.近年来,量子力学中的宇称时间(parity-time,PT)对称概念被引入到声学系统中... 低损耗、长带宽、时间可控的声波延迟线在音频、射频、声表面波信号处理等领域具有非常广泛的应用,然而设计满足上述三点特性的声延迟线是一项极具挑战性的工作.近年来,量子力学中的宇称时间(parity-time,PT)对称概念被引入到声学系统中,其散射矩阵在特殊点处的实数本征值揭示了声波在此类系统中可实现宽带的无损传输,且传输相位可调.本文设计了一种由一对PT对称的导纳超表面及夹在中间的等效声学介质组成的声学系统,通过设置导纳超表面参数调节其工作机制,从而实现了两类互补的特殊点.其中防反射层模式下的特殊点导致了一种声波延迟线的形成,而相干完美吸收-激“声”模式下的特殊点则用于设计一种罕见的声波超前线.由于此声学损耗-增益超表面在自然界中是不存在的,本文利用可主动控制的电热声碳纳米管薄膜来模拟它.仿真结果表明,PT对称系统是实现低损耗、长带宽且时间可控的声波超前/延迟线的优良载体,其应用可扩展至包括光学、力学、弹性波等诸多波动领域. 展开更多
关键词 PT对称声学 声学超表面 碳纳米管薄膜 声波超前/延迟线
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水下声学超表面异常折射方向调控研究
7
作者 胡博 刘凯 +1 位作者 赵思缘 李松 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期93-102,共10页
针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折... 针对波束调控的问题,本文提出了一种控制波前相位的声学超表面。本文依据广义斯奈尔定律,利用不同声速的均匀介质构建了水中多频声学超表面模型,给出声学超表面产生异常声折射的基本原理,验证了声学超表面在多个频点下可以实现异常声折射现象,揭示了频率以及声波入射角对声学超表面异常折射现象的影响规律,制备了声学超表面实物在水箱中对理论结果进行验证。结果表明:在入射波频率为基频的整数倍时,超表面模型可以实现折射角相同的异常折射现象,并且入射角在一定范围内可以实现负折射现象。实验测量了水中钢板和超表面的折射情况,相较于均匀介质,在不同入射角度下设计的超表面均可以实现异常折射,并且测量值与理论值吻合较好。 展开更多
关键词 水下 声学超表面 异常折射 负折射 梯度相位 广义斯奈尔定律 多角度 消声水箱
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声学/弹性相位梯度超表面设计:原理、功能基元、可调和编码 被引量:3
8
作者 陈阿丽 汪越胜 +2 位作者 王艳锋 周红涛 袁思敏 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期948-1011,共64页
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... 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. 展开更多
关键词 弹性波 声波 超材料 声学超表面 弹性超表面 相位梯度 可调性 可重构性 数字编码 波前调控
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声学超表面及其声波调控特性研究
9
作者 楚杨阳 王兆宏 蔡成欣 《中国材料进展》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期48-56,21,共10页
声学超材料作为近年来研究的一个新兴领域,极大地拓宽了声学材料在各个领域的应用,声学超表面作为声学超材料的一个分支,近几年也受到了国内外研究者的广泛关注。声学超表面是一种由超材料结构单元阵列构成的基于亚波长尺寸的新型声学... 声学超材料作为近年来研究的一个新兴领域,极大地拓宽了声学材料在各个领域的应用,声学超表面作为声学超材料的一个分支,近几年也受到了国内外研究者的广泛关注。声学超表面是一种由超材料结构单元阵列构成的基于亚波长尺寸的新型声学超材料,能够利用广义Snell定理实现对反射声波或透射声波的定向调控,具有利用亚波长厚度调控声波的独特优势。由于其具有结构简单、物理特性丰富独特、对声波灵活有效调控等特点,成为了超材料研究中的热点课题。从超表面的概念出发,以折叠空间型超表面、五模式超表面、非结构化超表面为基础,详细介绍了几种常见结构单元的设计方法,及其对声波调控的物理机制,实现诸如负折射、声聚焦及声非对称传输等功能。此外,简略探讨了声学超表面有待解决的问题,以期为后续研究提供参考。 展开更多
关键词 声学超表面 折叠空间型超表面 五模式超表面 非结构化超表面 声波调控
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声学超表面在降低水下平板散射强度中的应用 被引量:4
10
作者 喻敏 周家行 +1 位作者 张咏鸥 张晓亮 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期76-80,共5页
采用间接边界元法对声学超表面平板在水下的散射声场进行仿真计算,分析了超表面平板与刚性平板的散射形态函数及指向性,讨论了结构几何参数对声学超表面平板散射特性的影响.仿真结果表明:以1/20波长为共振腔深度设计的频率附近带宽内,... 采用间接边界元法对声学超表面平板在水下的散射声场进行仿真计算,分析了超表面平板与刚性平板的散射形态函数及指向性,讨论了结构几何参数对声学超表面平板散射特性的影响.仿真结果表明:以1/20波长为共振腔深度设计的频率附近带宽内,超表面平板的水下反向散射较刚性平板更分散,法线方向上反向散射主瓣的形态函数值较刚性平板降低;随着共振腔单元几何参数无量纲深度H/D和开口尺寸w/D的减小,声学超表面平板的最佳散射无量纲频率也随之降低. 展开更多
关键词 声学超表面 水下声散射 形态函数 反向散射 指向性
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一种双频和宽频超表面材料的探索研究 被引量:2
11
作者 丁昌林 史剑兵 +1 位作者 董仪宝 赵晓鹏 《航空科学技术》 2022年第5期76-81,共6页
本文设计并研究了一种亚波长厚度、宽带高效的吸声超表面材料,有望应用于航空噪声和振动的控制。首先提出了一种基于局域共振机理的开口空心球(SHS)人工微结构,理论分析和仿真计算表明这种结构的超表面材料在共振频率附近具有较强的吸声... 本文设计并研究了一种亚波长厚度、宽带高效的吸声超表面材料,有望应用于航空噪声和振动的控制。首先提出了一种基于局域共振机理的开口空心球(SHS)人工微结构,理论分析和仿真计算表明这种结构的超表面材料在共振频率附近具有较强的吸声率;然后,将不同尺寸的SHS整合在一个结构中设计出嵌套开口空心球(NSHS),在空气基底中制备出NSHS超表面材料可以同时在双频段实现高效率的吸声效应;最后,增加海绵基底后,这种超表面材料可以实现500~1200Hz的宽频吸声效应。 展开更多
关键词 声学超表面 双频吸声 宽频吸声 开口空心球 嵌套开口空心球 局域共振
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应用单层超表面实现声波宽角度非对称传输 被引量:1
12
作者 李冰 徐辉宇 +5 位作者 何灵娟 于天宝 刘文兴 王同标 刘念华 廖清华 《声学技术》 CSCD 北大核心 2019年第3期253-257,共5页
利用单层梯度超表面结构,设计并模拟验证了一种实现声波非对称传输的方法,在较宽的角度范围内实现了高对比度的声波非对称传输。经过恰当的超表面结构设计后,负折射现象实现了声波的正向导通;高阶衍射的抑制导致了反向入射的声波传输被... 利用单层梯度超表面结构,设计并模拟验证了一种实现声波非对称传输的方法,在较宽的角度范围内实现了高对比度的声波非对称传输。经过恰当的超表面结构设计后,负折射现象实现了声波的正向导通;高阶衍射的抑制导致了反向入射的声波传输被禁止。基于广义斯涅耳定律分析了非对称传输的原理,采用有限元法的数值模拟结果很好地验证了理论分析。研究结果在噪声控制、超声整流或治疗等方面具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 声学超表面 梯度超表面 非对称传输 有限元法
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五模声学超表面理论分析与定向反射声学仿真 被引量:2
13
作者 郝潇潇 王真 +1 位作者 赵志高 沈敏 《应用声学》 CSCD 北大核心 2021年第6期904-910,共7页
以广义斯奈尔定律为理论依据,对五模声学超表面定向反射的基本原理进行了解析推导和理论分析,获得了五模超表面的理想连续物性参数分布,并给出了五模超表面尺寸设计准则;然后将超表面离散,获得离散单胞的密度和体积模量,并以此为目标进... 以广义斯奈尔定律为理论依据,对五模声学超表面定向反射的基本原理进行了解析推导和理论分析,获得了五模超表面的理想连续物性参数分布,并给出了五模超表面尺寸设计准则;然后将超表面离散,获得离散单胞的密度和体积模量,并以此为目标进行五模微结构设计,采用均匀化理论计算微结构的等效物性参数;最后,进行了水下声场的声波定向反射调控仿真实验,研究了入射波频率对超表面定向反射性能的影响,仿真结果展现了五模超表面宽频有效的声波调控能力以及调控的可靠性和准确性。该文的研究工作为五模声学超表面的设计和物理实现提供理论指导。 展开更多
关键词 广义斯奈尔定律 声学超表面 五模材料 声场调控 微结构
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声学超表面抑制Mack第2模态机理与优化设计 被引量:2
14
作者 赵瑞 张新昕 +1 位作者 温志湧 田旭东 《气体物理》 2018年第6期35-40,共6页
从理论上推导了声学超表面对平面声波的作用模型,该理论模型计及声波高阶衍射模态,从而能够计及超表面微结构之间的声学干扰.通过与数值结果对比,该模型预测的反射频率精度得到了一定程度的提高,并能够分辨出相邻孔声场之间的耦合模态.... 从理论上推导了声学超表面对平面声波的作用模型,该理论模型计及声波高阶衍射模态,从而能够计及超表面微结构之间的声学干扰.通过与数值结果对比,该模型预测的反射频率精度得到了一定程度的提高,并能够分辨出相邻孔声场之间的耦合模态.讨论了声学超表面吸声特性与阻抗特性对高超声速边界层内Mack第2模态的抑制机理,研究发现通过设计超表面阻抗特性,使得入射声波与反射声波在壁面处相位相反,同样可以抑制Mack第2模态.基于理论模型,分别优化设计得到最优的微结构几何尺寸,并通过对Mach 6平板边界层流动进行稳定性分析,验证了超表面不同声学特性的抑制效果. 展开更多
关键词 声学超表面 Mack第2模态 稳定性分析 高超声速边界层流动 直接数值模拟
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迷宫型声学超表面可调参数及其全相位调节 被引量:2
15
作者 侯明明 吴九汇 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期29-37,共9页
针对以往声学超表面研究的不足,提出一种亚波长迷宫型声学超表面结构;以迷宫型声学超表面物理特性的有效调控为目的,深入研究了各参数与声学超表面的关系,重点分析了声学超表面对反射相位的调节作用,实现了对声学超表面反射相位的人工... 针对以往声学超表面研究的不足,提出一种亚波长迷宫型声学超表面结构;以迷宫型声学超表面物理特性的有效调控为目的,深入研究了各参数与声学超表面的关系,重点分析了声学超表面对反射相位的调节作用,实现了对声学超表面反射相位的人工调控。为了揭示声学超表面与各参数之间的内在联系,逐一分析了每个可调参数对声学超表面的吸声系数和反射相位的影响,结果表明:声学超表面盖板上小孔的直径、迷宫超表面原胞边长和迷宫槽宽对吸声系数和反射相位有决定性的影响,相对而言,迷宫棱宽和迷宫盖板的厚度对吸声系数和反射相位影响较小;盖板上的小孔直径越小,相应的共振频率就越低,吸声系数曲线向低频移动,而峰值保持不变,反射相位曲线也向低频移动,但相位轮廓保持不变;原胞边长越小,相应的共振频率就越高,吸声系数曲线向高频移动,且峰值增大,反射相位曲线也向高频移动,相位幅值基本不变但是跨度增大;迷宫槽宽越小,相应的共振频率就越低,吸声系数曲线向低频移动,且峰值变大,反射相位曲线也向低频移动,相位幅值不变但是跨度减小。设计了一种具有10个超表面原胞的迷宫组合结构(10个原胞除孔径外其他参数均相同),实现了从0到2π跨度上的相位调节,而且结构小巧紧凑,操作简单易行。这种结构可以进一步拓展成由多个超表面原胞构造的超薄二维阵列平面,从而实现声隐身。 展开更多
关键词 声学超表面 吸声系数 反射相位 全相位调节 迷宫
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卷曲空间型超表面对声波的调控 被引量:2
16
作者 许玥 蓝君 李义丰 《声学技术》 CSCD 北大核心 2018年第6期515-520,共6页
声学超表面具有天然材料所不具备的独特属性,为声学器件的设计提供了多样性。以广义斯涅尔定律为理论基础,设计了具有多种声波调控能力的折射型相位梯度超表面。该超表面由8个具有不同结构参数的卷曲空间单元结构组合而成,在中心频率3 5... 声学超表面具有天然材料所不具备的独特属性,为声学器件的设计提供了多样性。以广义斯涅尔定律为理论基础,设计了具有多种声波调控能力的折射型相位梯度超表面。该超表面由8个具有不同结构参数的卷曲空间单元结构组合而成,在中心频率3 500 Hz附近,8个单元结构的相位覆盖π范围且声波透射率较高。通过合理地设计超表面水平方向上的相位梯度变化,能够实现对声波的任意调控,在理论和有限元仿真上依次实现了异常折射、无衍射贝塞尔声束和声聚焦。这种厚度薄、透射率高的声超表面,在声学器件设计方面具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 声学超表面 卷曲空间结构 相位梯度
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Bidirectional asymmetric acoustic focusing with two flat acoustic metasurfaces
17
作者 Di-Chao Chen Xing-Feng Zhu +1 位作者 Qi Wei Da-Jian Wu 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第12期92-97,共6页
We design an asymmetric transmission system(ATS)with two flat acoustic metasurfaces(AMs)to yield bidirectional asymmetric acoustic focusing(BAAF).The acoustic waves could be focused on both sides of the ATS with diffe... We design an asymmetric transmission system(ATS)with two flat acoustic metasurfaces(AMs)to yield bidirectional asymmetric acoustic focusing(BAAF).The acoustic waves could be focused on both sides of the ATS with different focal lengths and intensities.To achieve high intensity energy concentration,the accelerating acoustic beams are selected to realize the BAAF.The working bandwidth of the BAAF based on our ATS could reach ~0.4 k Hz.It is found that by adjusting the distance between two flat AMs,the focal length and intensity of the bidirectional focusing could easily be modulated.Because the distance between two flat AMs is large enough,the BAAF even could be converted into a unidirectional acoustic focusing.The proposed BAAF may find applications in non-destructive evaluation,biomedical imaging and medical diagnosis. 展开更多
关键词 asymmetric focusing acoustic metasurface phase manipulation
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用于变压器整数阶谐频噪声的吸声超表面研究
18
作者 王广周 韩豫 +2 位作者 王磊磊 张嵩阳 王东晖 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期130-137,共8页
利用共振型声学超表面吸声是近年来噪声控制的研究热点,然而其狭窄的吸收峰限制了进一步应用。针对电磁噪声在中低频噪声峰分布呈现倍数关系的特点,基于Visco-Thermal长直管吸声原理设计了六棱柱状的共面迷宫腔声学超表面单元结构,厚度... 利用共振型声学超表面吸声是近年来噪声控制的研究热点,然而其狭窄的吸收峰限制了进一步应用。针对电磁噪声在中低频噪声峰分布呈现倍数关系的特点,基于Visco-Thermal长直管吸声原理设计了六棱柱状的共面迷宫腔声学超表面单元结构,厚度仅为波长的1/137,可以用一种结构实现对多个噪声峰值的吸收。利用不同单元结构的并联,实现了对更多噪声峰值的覆盖。以变压器噪声为例,用并联的共面迷宫腔声学超表面结构实现对800 Hz以下所有整数阶谐频噪声的吸收,分析了结构参数对吸声效果的影响规律并进行了原理性实验验证。 展开更多
关键词 吸声 声学超表面 整数阶谐频 变压器噪声
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阶梯型微缝超表面低频宽带吸声特性 被引量:1
19
作者 刘红星 吴九汇 《西安交通大学学报》 CSCD 北大核心 2021年第9期71-79,共9页
针对目前低频宽带吸声及通风吸声效果较差的问题,提出了两种嵌套型阶梯微缝超表面。设计了阶梯型微缝吸声单元,获得了较传统微缝吸声体更优的低频吸声效果;将通风孔引入到阶梯型微缝单元中构建了通风型吸声单元,在保证吸声性能的同时拥... 针对目前低频宽带吸声及通风吸声效果较差的问题,提出了两种嵌套型阶梯微缝超表面。设计了阶梯型微缝吸声单元,获得了较传统微缝吸声体更优的低频吸声效果;将通风孔引入到阶梯型微缝单元中构建了通风型吸声单元,在保证吸声性能的同时拥有了新的通风效果;提出了一种嵌套式并联方式,不仅能有效扩展吸声带宽,还能克服传统并联方式表面积随单元数量线性增加的问题,有效降低并联结构的吸声表面积;结合阶梯型微缝单元和嵌套式并联方式,设计了两种低频宽带吸声超表面。结果表明:以16个单元嵌套形成的厚度仅为70 mm的超表面能实现600~1600 Hz的吸声效果;以8个单元嵌套形成的厚度为39.1 mm的超表面不仅能实现470~657 Hz的吸声效果,还能获得较好的通风性能。这两种超表面具有结构紧凑、吸声带宽大、尺寸小且兼具通风的特点,在实际中具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 声学超表面 吸声 微缝板 嵌套式结构
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圆弧形超表面对透射声波的可调控制与功能转换 被引量:1
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作者 陈阿丽 王新萌 汪越胜 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期789-801,共13页
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... 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. 展开更多
关键词 声学超表面 圆弧形曲面 可调 宽频 功能转换 广义Snell定律
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