Abstract ：

近30年来,声学超构材料领域的理论与技术不断成熟与完善。以增材制造技术、飞秒激光加工等为代表的各种先进制造技术的发展,为复杂的声学超构材料的数字化设计制造奠定了基础,极大地推动了这类材料的实用化进程。这些发展吸引了学术界和产业界对声学超构材料的极大关注,因此,研讨声学超构材料领域的一些基本术语和概念,以方便学术界、研究机构和企业界之间的交流、沟通和讨论是十分必要的。从基础研究的科学概念出发,探讨了声学超构材料的定义、分类及其标准、研究手段与应用方向等有关声学超构材料的名词与术语,希望能够为建立声学超构材料有关技术标准提供一些有益的建议,供有兴趣的专家参考。

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定义 方法论 分类标准 声学超构材料 研究手段 应用方向

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声学超构材料作为一种新型的人工结构材料,拥有天然材料所不具备的超常物理特性,比如:负质量、负刚度等.声学超材料通过对其声学特性参数的研究和控制可以实现声隐身、波束控制等功能.与传统声学材料相比,声学超材料具有设计性强、拓展性强等优点,可以突破传统声学材料的物理极限,为小尺寸、轻量化结构解决低频减震降噪、低频宽带声波控制等瓶颈问题提供新思路.仿生学是利用生物学原理发展起来的新兴学科.将仿生学与声学超材料相结合,国内外学者开展了大量的研究工作,尤其在空气动力学及流体动力学降噪方面取得了卓越的研究成果.本文简要回顾过去几十年仿生声学超材料的研究进展,并介绍了相关的代表性工作,期望未来仿生声学超材料能够在低频声波控制、水下应用等方面发挥更大的作用和优势.

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声学超构材料作为一种新型的人工结构材料,拥有天然材料所不具备的超常物理特性,比如:负质量、负刚度等。声学超材料通过对其声学特性参数的研究和控制可以实现声隐身、波束控制等功能。与传统声学材料相比,声学超材料具有设计性强、拓展性强等优点,可以突破传统声学材料的物理极限,为小尺寸、轻量化结构解决低频减震降噪、低频宽带声波控制等瓶颈问题提供新思路。仿生学是利用生物学原理发展起来的新兴学科。将仿生学与声学超材料相结合,国内外学者开展了大量的研究工作,尤其在空气动力学及流体动力学降噪方面取得了卓越的研究成果。本文简要回顾过去几十年仿生声学超材料的研究进展,并介绍了相关的代表性工作,期望未来仿生声学超材料能...

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低频 仿生学 降噪 气动声学 声学超材料

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近30年来,声学超构材料领域的理论与技术不断成熟与完善。以增材制造技术、飞秒激光加工等为代表的各种先进制造技术的发展,为复杂的声学超构材料的数字化设计制造奠定了基础,极大地推动了这类材料的实用化进程。这些发展吸引了学术界和产业界对声学超构材料的极大关注,因此,研讨声学超构材料领域的一些基本术语和概念,以方便学术界、研究机构和企业界之间的交流、沟通和讨论是十分必要的。从基础研究的科学概念出发,探讨了声学超构材料的定义、分类及其标准、研究手段与应用方向等有关声学超构材料的名词与术语,希望能够为建立声学超构材料有关技术标准提供一些有益的建议,供有兴趣的专家参考。

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定义 方法论 分类标准 声学超构材料 研究手段 应用方向

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近些年来，人工设计超构材料凭借其独特的性质以及广阔的应用前景，得到了人们越来越多的关注。依照电力声的振荡模式的对比，我们从电磁超构材料出发，引申到声学领域。类比电磁学的谐振结构，针对声学的亥姆霍兹谐振腔和薄膜型的谐振结构，我们进行类比研究，将电磁超构结构设计的概念引到声学领域。依照结构单元和工作波长的关系，声学超构材料在单元尺寸上要远远小于声波波长，因此在实际工程应用中具有重要价值。 综上所述，声学超构材料能够产生多种奇特的声学现象，同时基于声学人工设计的功能性器件具有非常广阔的应用前景，因此，在这方面的研究不但具有基础性的学术价值，同时对实际应用也有着重要的指导意义。本文着重对局域声学谐振单元的人工结构进行设计，通过理论类比、软件仿真以及实验验证等方式进行了系统而深入的研究。主要的研究内容和研究结论如下： 1、 研究了电力声的类比特性。从物理振荡的角度出发，研究了电磁振荡、力学振动以及声学谐振的参数相似性；从波的传播方程出发，研究了关于电磁场传播的麦克斯韦方程组和关于弹性波的传播的纳维-斯托克斯方程，从波的传播方程的推导过程中可以获得在电磁波和弹性波以及声波在传输过程中波动方程的统一性。 2、 研究了声学超构材料的诱导透明的异常传输现象，该现象可由Fano共振和多重谐振耦合等理论解释。研究工作表明Fano共振是一种特殊的多重谐振引起的非对称型谐振，通过对传统声学Fano共振结构的研究改进，我们利用新颖的三维打印技术，将共振耦合结构利用嵌入的方式实现。而后，通过对嵌入式亥姆霍兹球腔的研究，发现声学诱导透明现象不仅与谐振器的形状相关，而且也受到嵌入式谐振器的位置的影响，从而会影响声学诱导透明区域的变化。本文分别从嵌入式双谐振器的相对位置、相对角度、以及双谐振器的间隙出发，分析了在诱导透明状态下的声压场分布情况，从而解释了声学诱导透明现象从“亮态”到“暗态”的激励过程。然后从应用的角度出发，研究了声学诱导透明现象对不同入射角度的声波的响应，得出基于嵌入式的双亥姆霍兹谐振腔结构的角度不敏感性，这对声学诱导透明现象具有极大的应用价值。 3、 研究了薄膜型声学超构材料的低频吸声特性。低频吸声一直是声学吸声材料中的难点问题，但是低频噪声确实目前一个急需解决的问题。传统的吸声机理在面对低频声波显得比较笨重，因此就需要新的理论对低频吸声进行开创性的研究。而薄膜型声学超构材料正解决了传统材料在低频声段无法有效吸声的缺点。薄膜型声学超构材料，利用复合型的弹性力学振子将低频声能转化为弹性能，从而对低频声波进行耗散吸收，这对低频吸声指明了一条新的研究方向。在我们的研究中，我们通过对弹性薄膜的位移和形变的研究，解释了薄膜型声学超构材料的振动模态和吸声系数之间的关系，同时用弹性薄膜的应变弹性能来解释薄膜型声学超构材料在低频声学区域的吸声机理。针对弹性应变能的转换，通过扩大弹性应变能区域的设计，进一步研究了提高低频吸声的效果，同时使得带宽得到了有效改善。 4、 研究了五模超构材料的弹性吸收带隙，使得五模超构材料从一种理论上的理想材料向着实际应用的过程又迈出了一步。五模超构材料是一种理想的结构材料，它通过对结构的设计使得固体材料结构具有像流体一样的性质。但是由于材料参数和材料结构的影响，这种理想的结构材料结构在现实中是无法存在的，因此我们通过对奇异点的优化处理，使得五模结构在结构上实现稳定性和连续性，同时具有与超流体类似的特性。进而研究了五模超构材料的声学禁带特征，并且进一步研究了通过结构参数的调控实现对声学带隙的调控，达到可实现人工设计的目的，这可以给五模超构材料的工程应用提供一种思路和手段。

Keyword ：

低频吸声 声学超构材料 声学局域共振 五模带隙

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