基于奇異介質(zhì)的聲波超散射體與新型隱身衣的設(shè)計與研究.pdf

1、本文中,作者利用聲波奇異介質(zhì)設(shè)計了兩種新型的聲學(xué)器件:二維聲波超散射體和能對外部物體實現(xiàn)隱身的新型二維聲波隱身衣。這兩種聲學(xué)器件所實現(xiàn)的功能都是以往各類聲學(xué)器件所不具有的,而且能夠找到很有趣的實際應(yīng)用。本文工作基于的聲波奇異介質(zhì)(AcousticMetamaterial)是材料科學(xué)領(lǐng)域的較新成果,之所以“奇異”,就在于它實際上是一種人工調(diào)控的彈性復(fù)合結(jié)構(gòu),而該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)天然材料不具有的“奇異”材料參數(shù),諸如負(fù)的各向異性的動態(tài)質(zhì)量密度和

2、負(fù)的體彈性模量等等。正是這些“奇異”的材料參數(shù),使得我們可以設(shè)計出一些無論是在原理上,還是在功能上都大大突破了常規(guī)材料限制的新型器件。本文按照內(nèi)容分為以下章節(jié):
　　 第一章對奇異介質(zhì)的研究和應(yīng)用作了簡單介紹。本章首先給出了奇異介質(zhì)這一材料科學(xué)領(lǐng)域的新概念目前較為公認(rèn)的定義,并介紹了電磁奇異介質(zhì)的由來和應(yīng)用,之后重點介紹了聲波奇異介質(zhì)的實現(xiàn)原理,同時通過將基于電磁奇異介質(zhì)的器件的研究進(jìn)展同基于聲波奇異介質(zhì)的器件的研究進(jìn)展進(jìn)行比較

3、,指出相對于基于電磁奇異介質(zhì)的器件的蓬勃發(fā)展,基于聲波奇異介質(zhì)的器件的設(shè)計和研究還有大量有意義的工作尚待進(jìn)行,而且靈活借鑒基于電磁奇異介質(zhì)的器件的研究進(jìn)展可以方便基于聲波奇異介質(zhì)的器件的研究工作。
　　 第二章首先介紹了互補(bǔ)介質(zhì)的概念,之后利用互補(bǔ)介質(zhì)提出了名為聲波超散射體的新型器件,該器件有效的聲波散射截面可以大于其物理尺寸。聲波超散射體的理論設(shè)計工作的關(guān)鍵在于推導(dǎo)超散射體所用奇異介質(zhì)層的材料參數(shù),本文通過將基于電磁奇異介質(zhì)的

4、器件設(shè)計領(lǐng)域常用的變換光學(xué)方法推廣到聲波情形來完成這一工作。本章同時給了二維圓形和二維矩形兩種具體的設(shè)計方案,并利用有限元方法進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果完全驗證了我們的設(shè)計方案。本章最后提出了聲波超散射體的一些具體應(yīng)用方案,并討論了其中的技術(shù)難點。
　　 第三章首先分析了傳統(tǒng)聲波隱身衣的設(shè)計方案,指出了被隱身物體不能接受外界聲波這一缺陷,然后將電磁隱身衣領(lǐng)域的最新研究成果,利用“反物體”對隱身農(nóng)外面物體實現(xiàn)隱身這一想法推廣到了聲波