声学超材料是一种在亚波长尺寸上进行结构单元设计的材料,其单元结构尺寸远小于所控制的弹性波波长。声学超材料通过对微结构单元的设计可以在特定频段对入射声波进行大范围的调节,在设计和实现上具有很大的灵活性,因而声学超材料领域成为声波波动调控的前沿热点,本期我们聚焦于声学超材料领域的最新研究进展。
当前研究人员主要聚焦于声学超材料对声波操控新理论、新型声学结构设计和应用探索。
声波操控新理论
声学超材料的新奇物理效应包括低频带隙效应、负折射效应、反常透射效应和超常吸声效应等。研究人员证明了二维声波方程的变换型解的存在性,讨论了声学隐身的可能性,极大地发展了变换声学理论。此外,还提出了一个简单的模拟声表面波与非线性介质耦合形成的声表面波的模型,揭示了声通量整流效应的一个重要现象,推动了声波整流相关理论的发展。
新型声学结构设计
研究人员提出了多种卷曲空间结构,通过盘绕空间,可以在不同的方向上获得高折射率,可以在低频下根据设计需要来定义有效质量密度和有效体积模量。新型声学结构的设计,推动了声学超材料器件化发展,使得声学超材料领域得到了进一步的拓展。
应用探索
研究人员在声学超材料应用探索方面包含减振降噪方向和新型声学功能化器件方向。在减振降噪应用探索主要包括针对空气声吸/隔声结构、水声吸/隔声结构和梁、板、壳等工程结构低频大宽带高效减振降噪等方面。此外,研究人员设计了一种嵌入亚波长谐振器的复合材料,可以表现出几乎任意的有效质量密度和有效体积模量,有效拓宽了新型声学功能化器件研究方向。
最新研究进展表明,声学超材料具备负的质量密度、负的弹性模量、局域共振低频带隙和超常吸收等特殊物理效应,大大提高了人们操控弹性波的能力,使得人们可以按照自己的意愿设计单元结构,实现波在特定范围的局域、反射、折射和任意弯曲传播。
01 通过多阶共振拓宽吸声带宽
Broadening sound absorption bandwidth via multi-order resonances
来源:Mei, Zhongjian, et al. Internaitonal Journal of Mechanical Sciences,2024,280
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2024.109493
原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109493
02 用于低频宽带超强隔声的层压声学超材料
Laminated acoustic metamaterials for low-frequency broadband ultra-strong sound insulation
来源:Li Hongxing, et al. Thin-Walled Stuctures,202 (2024)
DOI:10.1016/j.tws.2024.112151
原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2024.112151
Brain region–specific action of ketamine
03 多带隙惯性放大在超材料夹层板中的应用机理
Mechanisms of multi-bandgap inertial amplification applied in metamaterial sandwich plates
来源:Gao, L et al. Internaional Journal of Mechanical Sciences,277(2024)
DOI:10.1016/j.ijmecsci.2024.109424
原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2024.109424
04 具有径向彩虹反射效应的元板用于宽带振动和声辐射抑制
A meta-plate with radial rainbow reflection effect for broadband suppression of vibration and sound radiation
来源:Liu, F et al. Journal of Sound and Vibration,585(2024)
DOI:10.1016/j.jsv.2024.118428
原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118428
每日一学
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文字 I 孟芮
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