三維嵌入薄膜聲學超材料聲學特性與波傳播特性分析.pdf

1、隨著航天事業(yè)和現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，復合材料及其結構的應用越來越廣泛，超材料作為材料科學的新興領域引起了國內(nèi)外學者的研究熱潮。超材料是一類特殊的材料，通過對普通材料人工合成可得到比一般復合材料更優(yōu)良的力學特性。嵌入薄膜聲學超材料作為一種新型的聲學超材料，在低頻降噪方面具有較大的應用前景，通過對彈性薄膜人為的修飾可以得到材料較好的各向異性性能，從而實現(xiàn)對波傳播的控制。因此，對嵌入薄膜聲學超材料動態(tài)力學性能研究對材料進一步設計與優(yōu)化具有重要意

2、義。
　　針對嵌入薄膜聲學超材料，其力學性能的準確預測是該新型材料成功應用的關鍵。而周期性結構材料的聲學特性和波傳播特性研究是材料動態(tài)力學性能研究的重要組成部分。這里主要采用有限單元法研究這種聲學超材料在低頻范圍內(nèi)的聲學特性，以及瞬態(tài)響應法分析波在超材料中的傳播特性。
　　本文首先分別采用準靜態(tài)方法中的漸進均勻化方法和代表體元法計算了單向增強型復合材料的等效力學參數(shù)，驗證了漸進均勻化方法的有效性。其次利用彈簧阻尼單元模擬粘彈

3、性吸收邊界條件時，平面波的頻率和入射角對模擬精度的影響；而后利用不同思路求解了二維薄膜型聲學超材料頻散特性曲線，相互驗證了結果的正確性；然后結合有限元法研究了單胞結構參數(shù)對三維嵌入薄膜聲學超材料波速的影響規(guī)律；最后利用瞬態(tài)響應法研究了彈性波在均勻和梯度變化的嵌入薄膜聲學超材料時的傳播特性，得出：在均勻的薄膜聲學超材料中傳播時，當嵌入的薄膜彈性模量較大時，不同入射角入射的平面波傳播方向變化較小；在梯度變化的薄膜聲學超材料中傳播時，在一定范