聲場(chǎng)與金屬中微結(jié)構(gòu)的相互作用.pdf

1、超聲檢測(cè)和聲學(xué)超材料在工業(yè)社會(huì)中的廣泛應(yīng)用，對(duì)超聲與材料結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究提出了更高的要求。本文基于時(shí)域有限差分法（FDTD）建立了含有不同微結(jié)構(gòu)的二維鋁板模型，系統(tǒng)研究了聲學(xué)超材料中微結(jié)構(gòu)對(duì)超聲波傳播特性的影響。
　　文章從理論上研究了超聲反射波的慢波效應(yīng)、脈沖展寬效應(yīng)與聲學(xué)超材料中微結(jié)構(gòu)界面層之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，慢波效應(yīng)和脈沖展寬效應(yīng)都隨著微結(jié)構(gòu)中散射體厚度的增加逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)。從超聲波的角度來(lái)看，在聲學(xué)超材料中存在一

2、個(gè)有效微結(jié)構(gòu)界面層厚度，它決定了慢波效應(yīng)和脈沖展寬效應(yīng)的程度。當(dāng)微結(jié)構(gòu)厚度為1.89λ時(shí)，可得到最佳慢波效應(yīng)，此時(shí)聲波大約慢了0.08個(gè)入射波周期。當(dāng)微結(jié)構(gòu)厚度為2.69λ時(shí)，脈沖展寬效應(yīng)最明顯，脈沖展寬大約0.13個(gè)周期。文中還提出了一種測(cè)量聲學(xué)超材料中散射體圓心距以及散射體直徑的新方法，該方法主要是基于檢測(cè)從微結(jié)構(gòu)反射回來(lái)的回波的幅值（amp）。計(jì)算結(jié)果表明，該方法適用于散射體圓心距小于測(cè)量聲波波長(zhǎng)的4倍的情況，因?yàn)楫?dāng)散射體之間的間

3、距大于4倍波長(zhǎng)時(shí)，散射體之間的耦合效應(yīng)基本可以忽略。因此，通過(guò)選擇合適的測(cè)量聲波頻率，該方法總能有效地測(cè)量出散射體的圓心距。同時(shí)，掃頻方法檢測(cè)下，散射體的直徑等于 amp曲線(xiàn)峰值處對(duì)應(yīng)的聲源波長(zhǎng)的一半。這就意味著，該方法可以用于測(cè)量散射體的直徑大小。
　　對(duì)亞波長(zhǎng)尺寸的散射體組成的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，無(wú)論是單個(gè)還是多個(gè)散射體單元，其反射與透射波形均具有豐富的時(shí)域信息，通過(guò)對(duì)比分析可以從波形的變化趨勢(shì)判斷鋁板中是否存在微結(jié)構(gòu)，以及在聲源