五模材料及其水声调控研究 被引量：21

1

作者 陈毅 刘晓宁 +1 位作者 向平 胡更开 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期382-434,共53页

五模材料是一种具有固体特征的复杂流体,可通过超材料技术由固体材料经过微结构精心设计近似得到.可调的模量各向异性和固体特征赋予五模材料优越的水声调控能力,在降低水下物体目标强度等领域有着重要潜在应用,因此受到了国内外工程和... 五模材料是一种具有固体特征的复杂流体,可通过超材料技术由固体材料经过微结构精心设计近似得到.可调的模量各向异性和固体特征赋予五模材料优越的水声调控能力,在降低水下物体目标强度等领域有着重要潜在应用,因此受到了国内外工程和学术界关注.本文就五模材料基本概念、微结构设计、声波调控、加工制备等方面对该类材料的研究进展进行详细介绍,并对五模材料在工程中应用存在的问题进行了讨论,以期为后续相关研究者提供参考. 展开更多

关键词 五模材料 微结构设计 各向异性 水声斗篷

下载PDF 职称材料

圆柱形分层五模材料声学隐身衣的理论与数值分析 被引量：13

2

作者 张向东 陈虹 +2 位作者 王磊 赵志高 赵爱国 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第13期198-205,共8页

声学隐身衣物性参数分布的连续性对制备造成了很大困难,需要采用分层的方法进行近似.研究分层对隐身衣性能的影响具有重要意义.本文首先推导了圆柱形分层声学隐身衣散射声压场的理论解,然后通过数值算例验证了理论推导的正确性,最后针... 声学隐身衣物性参数分布的连续性对制备造成了很大困难,需要采用分层的方法进行近似.研究分层对隐身衣性能的影响具有重要意义.本文首先推导了圆柱形分层声学隐身衣散射声压场的理论解,然后通过数值算例验证了理论推导的正确性,最后针对层数、层厚分布对隐身衣性能的影响进行了计算研究.结果表明,选取恰当的层数和层厚分布可在不增加制备难度的同时改善隐身衣性能. 展开更多

关键词 声学隐身衣 五模材料 分层

下载PDF 职称材料

五模点阵环状结构在碰撞冲击作用下的动态响应特性 被引量：1

3

作者 韩邦熠 张振华 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2023年第3期135-141,共7页

基于坐标变换理论和五模特征参数设计,采用增材制造技术制作五模点阵环状试验模型。通过落锤冲击试验发现,模型内环迎冲面的应变峰值远小于背冲面,这与传统环状结构明显不同。进一步仿真发现,五模点阵环状结构可将迎冲面的应力波向两侧... 基于坐标变换理论和五模特征参数设计,采用增材制造技术制作五模点阵环状试验模型。通过落锤冲击试验发现,模型内环迎冲面的应变峰值远小于背冲面,这与传统环状结构明显不同。进一步仿真发现,五模点阵环状结构可将迎冲面的应力波向两侧“疏导”,从而表现出显著的绕射效果。与等质量的实心圆环相比,试验模型内环迎冲面的应变峰值最大可减小65.7%,应力峰值可减小70%以上。通过绘制五模点阵胞元的频散曲线,获得表征冲击能流特征的群速度分布规律。在此基础上,研究等效力学参数圆环的群速度各向异性程度对能流矢量的影响,为潜艇结构抗冲击防护提供参考。 展开更多

关键词 五模材料 点阵材料 冲击应力波 能流矢量 频散曲线

原文传递

双锥型五模材料低频声波调控及参数设计 被引量：2

4

作者 潘宇雄 徐峰祥 牛小强 《应用声学》 CSCD 北大核心 2022年第5期765-775,共11页

为有效控制噪声并进行声波调控,构造了双锥区域为TC4钛合金、节点区域为硫化橡胶的六边形排列双锥五模材料,进行能带分析发现其具有较窄的低频声子带隙和单模传输区域。为提高五模材料的低频声波调控性能,设计了正方形和三角形排列构型... 为有效控制噪声并进行声波调控,构造了双锥区域为TC4钛合金、节点区域为硫化橡胶的六边形排列双锥五模材料,进行能带分析发现其具有较窄的低频声子带隙和单模传输区域。为提高五模材料的低频声波调控性能,设计了正方形和三角形排列构型,结果表明三角形排列的双锥五模材料带隙的频率更低,带宽更宽,且具有单模传输性能和较好的五模特性。此外分别探究了五模材料构型的材料参数(包括双锥区和节点区的密度、泊松比和杨氏模量)以及几何参数(包括双锥宽和节点半径的变化)对带隙及单模传输区域的影响,得到带隙和单模传输区的变化规律,选择密度较轻的填充材料、较小的双锥宽和较大的节点半径不仅可以提高低频声波调控性能,而且可以降低结构质量,提高结构的稳定性。该文结果对用于低频声波传播调控的五模材料的构型和参数的设计具有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 五模材料 声子带隙 单模传输 声波调控

下载PDF 职称材料

五模点阵环状结构对碰撞冲击弹性波的调控试验研究

5

作者 韩邦熠 张振华 《舰船电子工程》 2023年第7期184-190,共7页

为研究五模点阵环状结构对碰撞冲击弹性波的调控效果,采用增材制造技术设计制作了3个五模点阵环状结构试验模型,通过冲击试验发现,试验模型内环迎冲面应变峰值均小于背冲面,这与传统环状结构有明显不同。此外,对比3个试验模型的调控效... 为研究五模点阵环状结构对碰撞冲击弹性波的调控效果,采用增材制造技术设计制作了3个五模点阵环状结构试验模型,通过冲击试验发现,试验模型内环迎冲面应变峰值均小于背冲面,这与传统环状结构有明显不同。此外,对比3个试验模型的调控效果发现,较小的胞元壁厚和胞元无配重有利于提升五模点阵环状结构对冲击弹性波的调控效果。进一步通过仿真发现,相较于等质量均质圆环,五模点阵环状结构可使迎冲面应力峰值最高降低76.3%,并将冲击波向两侧“疏导”,从而表现出显著的绕射效果。通过计算五模点阵胞元的频散曲线,获得了胞元主方向的群速度大小,在此基础上发现,胞元群速度各向异性对冲击弹性波的调控效果有明显影响,群速度各向异性越大,对冲击弹性波的调控效果越好。相关结论可以为潜艇结构抗冲击防护提供一定参考。 展开更多

关键词 五模材料 冲击弹性波 波绕射 点阵结构 频散曲线

下载PDF 职称材料

非轴对称五模超材料低频声波调控分析

6

作者 杜阔 徐峰祥 潘宇雄 《应用声学》 CSCD 北大核心 2023年第6期1225-1234,共10页

为实现轻质材料对低频声波的有效调控,在传统对称双锥五模超材料构型的基础上,以引入掺杂材料、飞镖型结构的方式构造了具有局域共振特性的非轴对称五模超材料单胞,通过能带分析发现其具有较宽的单模区域与低频性更优的声子禁带。此外... 为实现轻质材料对低频声波的有效调控,在传统对称双锥五模超材料构型的基础上,以引入掺杂材料、飞镖型结构的方式构造了具有局域共振特性的非轴对称五模超材料单胞,通过能带分析发现其具有较宽的单模区域与低频性更优的声子禁带。此外还探究了飞镖结构节点圆半径、锥角和掺杂材料模量对能带结构与品质因数的影响。研究结果表明,单胞品质因数随着掺杂材料杨氏模量的提升而增大,单胞对低频声波的调控能力随着结构对称性的降低而变强。所设计的非轴对称单胞单模区域绝对带宽增大到原来的2.5倍,第一带隙相对带宽提升了57%。这为用于低频声波调控的五模超材料单胞构型设计提供了思路。 展开更多

关键词 五模超材料 非轴对称结构 局域共振 声波调控

下载PDF 职称材料

考虑稳定性约束的五零能模式材料结构设计方法研究

7

作者 和帅 王晓明 梅玉林 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期538-552,共15页

五零能模式材料是一种声学超材料,虽然它一般采用固体材料设计,并且单胞常应用微桁架构型,但理论上这种材料设计的结构是不稳定的.论文从分析设计结构整体出发,探讨一种通过施加预载荷,确保五零能模式材料结构稳定性的方法,并给出了保... 五零能模式材料是一种声学超材料,虽然它一般采用固体材料设计,并且单胞常应用微桁架构型,但理论上这种材料设计的结构是不稳定的.论文从分析设计结构整体出发,探讨一种通过施加预载荷,确保五零能模式材料结构稳定性的方法,并给出了保证结构稳定性的充分条件,且应用典型的五零能模式材料单胞构型加以验证.同时,为方便提出的稳定性条件在设计过程中的实施,将五零能模式材料结构的设计过程描述为五零能模式材料的变换过程,采用结构尺寸优化模型来描述.当材料单胞为微桁架构型时,这一结构尺寸优化模型简单,结构稳定性约束和五零能模式材料性质约束均为线性约束. 展开更多

关键词 五零能模式材料 结构优化 结构稳定性 刚度矩阵

原文传递

基于BP神经网络遗传算法的五模声隐身多层结构优化

8

作者 谢杰 《装备制造技术》 2021年第3期269-272,共4页

为了解决五模材料的声隐身理论中,由于材料制备复杂很难实现的问题,将斗篷简化为多层均匀材料参数的层状结构,采用BP神经网络遗传算法,结合声场有限元建模,将散射面积的最小值作为优化目标,对层厚分布进行了优化,确定五模材料的低散射... 为了解决五模材料的声隐身理论中,由于材料制备复杂很难实现的问题,将斗篷简化为多层均匀材料参数的层状结构,采用BP神经网络遗传算法,结合声场有限元建模,将散射面积的最小值作为优化目标,对层厚分布进行了优化,确定五模材料的低散射斗篷设计方案。优化计算结果表明,当目标频率为5 kHz,斗篷层数时5层时,优化后的散射面积比均匀分层结构的减小了87%。 展开更多

关键词 五模材料 神经网络遗传算法 声隐身

下载PDF 职称材料

五模材料波控器件设计及制造研究综述

9

作者 赵爱国 邹晗 +4 位作者 赵志高 张满弓 陈虹 王真 张向东 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2022年第14期80-91,共12页

五模材料是一种具有流体特性的特殊固体,可通过微结构设计达到所需的特定力学性能。可调的物性参数和固体特征赋予五模材料优越的宽频水声调控能力,在水下声学隐身、声聚焦等特种声学装备领域具有重要的应用前景,受到国内外工程界和学... 五模材料是一种具有流体特性的特殊固体,可通过微结构设计达到所需的特定力学性能。可调的物性参数和固体特征赋予五模材料优越的宽频水声调控能力,在水下声学隐身、声聚焦等特种声学装备领域具有重要的应用前景,受到国内外工程界和学术界关注。首先介绍了五模材料的基本概念及微结构设计的发展现状,从传统制造工艺和增材制造工艺角度出发,对相应的五模材料波控器件的制造和试验测试结果进行详细介绍,最后对五模材料波控器件的发展趋势和技术需求进行了展望。 展开更多

关键词 声学超材料 五模材料 微结构设计 声波调控 增材制造(AM)

下载PDF 职称材料

基于五模材料的圆柱声隐身斗篷坐标变换设计 被引量：7

10

作者 陆智淼 蔡力 +1 位作者 温激鸿 温熙森 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第17期282-289,共8页

五模超材料具有与流体相似的物理性质,为各向异性流体的物理实现提供了途径,因此Norris提出了将其用于声隐声斗篷设计的思路.本文对Norris五模超材料声隐声斗篷设计中提出的坐标变换方程进行研究,利用有限元方法对不同坐标变换下声隐声... 五模超材料具有与流体相似的物理性质,为各向异性流体的物理实现提供了途径,因此Norris提出了将其用于声隐声斗篷设计的思路.本文对Norris五模超材料声隐声斗篷设计中提出的坐标变换方程进行研究,利用有限元方法对不同坐标变换下声隐声斗篷的平均可视度进行数值计算,分析了五模超材料斗篷的隐身性能影响因素及规律.结果表明,通过选取不同的坐标变换方程改变其物性参数分布,能够调节斗篷中的声波传播路径,对声隐声斗篷的声散射特性产生明显影响.因此,选择合适的坐标变换方程能够有效改善隐身性能. 展开更多

关键词 五模材料 声隐身斗篷 声学超材料 变换声学

下载PDF 职称材料

五模点阵材料静态力学性能研究

11

作者 韩邦熠 张振华 《舰船电子工程》 2023年第8期236-241,共6页

为研究五模点阵材料的力学性能,通过增材制造技术,制作了四个五模点阵材料模型,并进行了静态力学试验。通过静态力学试验,获取了五模点阵材料模型的弹性模量和剪切模量,并通过仿真验证了静态力学试验结果的准确性。静态力学试验和仿真... 为研究五模点阵材料的力学性能,通过增材制造技术,制作了四个五模点阵材料模型,并进行了静态力学试验。通过静态力学试验,获取了五模点阵材料模型的弹性模量和剪切模量,并通过仿真验证了静态力学试验结果的准确性。静态力学试验和仿真结果验证了胞元等效力学参数计算公式的准确性。分析了试验中个别模型误差较大的原因,并给出了解决措施。相关结论对五模点阵材料静态力学试验有一定指导意义。 展开更多

关键词 五模材料 点阵材料 力学性能

下载PDF 职称材料

五模点阵环状结构对碰撞冲击应力波的调控研究

12

作者 韩邦熠 张振华 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第19期17-24,共8页

为研究五模点阵环状结构对于碰撞冲击应力波的调控效果,基于坐标变换理论和增材制造技术,设计制作了五模点阵环状结构试验模型,通过冲击试验及仿真发现,五模点阵环状结构内环迎冲面的应变峰值明显小于内环背冲面,应力在五模点阵环状结... 为研究五模点阵环状结构对于碰撞冲击应力波的调控效果,基于坐标变换理论和增材制造技术,设计制作了五模点阵环状结构试验模型,通过冲击试验及仿真发现,五模点阵环状结构内环迎冲面的应变峰值明显小于内环背冲面,应力在五模点阵环状结构中有明显分叉趋势,可以有效降低迎冲面的应力集中。相较于等质量实心圆环,五模点阵环状结构内环迎冲面应变峰值降低了53%,内环背冲面应变峰值升高了18%。计算并分析五模点阵胞元的频散曲面发现,频散曲面等值线法向量的方向分布可以准确反映材料中的能流方向,在此基础上研究了胞元结构对能流特性的影响。相关结论可为潜艇抗冲击防护提供一定参考。 展开更多

关键词 五模材料 冲击应力波 频散特性 能流特性

下载PDF 职称材料

基于遗传算法的五模材料分层优化

13

作者 孙雪聪 孙兆永 +2 位作者 贾晗 毕亚峰 杨军 《应用声学》 CSCD 北大核心 2022年第3期327-334,共8页

由于超材料的微结构尺度不能忽略,利用超材料微结构所集成的器件等效参数不是连续分布的,而是呈离散分布的。因此在利用超材料设计声学器件的过程中,需要对器件进行分层离散化,而分层方案的选取往往会影响器件的工作效果。该文基于五模... 由于超材料的微结构尺度不能忽略,利用超材料微结构所集成的器件等效参数不是连续分布的,而是呈离散分布的。因此在利用超材料设计声学器件的过程中,需要对器件进行分层离散化,而分层方案的选取往往会影响器件的工作效果。该文基于五模材料水下隐身衣的设计理论,提出了一种基于遗传算法的五模材料隐身衣分层优化策略,并分别对优化前和优化后的分层隐身衣做了声学仿真。仿真结果表明采用优化策略后,隐身衣背景声场的散射能量和反射能量均有大幅度降低,并且对窄带探测信号和宽带探测信号均有较好的隐身效果,因此该分层优化策略能够显著提升隐身衣的隐身效果。该文所提出的分层优化策略为提升五模材料隐身衣性能提供了理论支持,并可以进一步推广至其他超材料器件的微结构设计中。 展开更多

关键词 遗传算法 结构设计 五模材料 声隐身

下载PDF 职称材料