基于声子晶体的声学"斗篷"设计及其声波操控机理研究

2006年以隐身"斗篷"为代表的新型电磁波操控技术提出并被实验证实后，"斗篷"技术能否应用于声振控制很快在减振降噪及声隐身领域引起了关注。在2007年从理论上证实了"斗篷"技术操控声波的可行性后，声学"斗篷"的实现和声波操控机理就成为进一步研究必须要解决的问题。本项目设想利用声子晶体设计各向异性的声学功能材料来构造声学"斗篷"。通过深入研究声子晶体结构与其等效介质特性的内在联系，探索利用声子晶体设计声学"斗篷"所需声学功能材料的方法，结合系统的斗篷设计原理研究建立基于声子晶体的声学"斗篷"设计理论，在此基础上分析声波与"斗篷"相互作用的动态特性，深入揭示基于声子晶体的声学"斗篷"声波操控机理。这将促进声学"斗篷"基本理论和基本设计方法的建立和完善，并为声学"斗篷"技术在减振降噪，尤其是水下声隐身技术方面的应用提供理论依据。

声学斗篷理论及技术是声学超材料领域的前沿基础课题，在从理论上证实了“斗篷”技术操控声波的可行性后，声学斗篷的实现和声波操控机理就成为进一步研究必须要解决的问题。本项目设想利用声子晶体设计各向异性的声学功能材料来构造声学斗篷，探索利用声子晶体设计声学斗篷的途径和方法，从声学斗篷的坐标变换设计及优化、基于声子晶体的各向异性声学材料设计，以及两者相结合的声学斗篷结构设计三个方面进行研究，建立基于声子晶体的声学斗篷设计理论，促进声学斗篷基本理论和基本设计方法的建立和完善，并为声学斗篷技术在减振降噪，尤其是水下声隐身技术方面的应用提供理论依据。项目主要研究成果.（1）在基于坐标变换理论的声学斗篷本构参数设计及优化方面，研究了声学斗篷密度、弹性模量空间分布与声学弯曲控制的结构映射关系，对声学斗篷设计中的连续参数离散化、多层介质色散及边界截断等影响因素进行系统分析，得到了能以较少的分层来实现较好的声绕射控制效果的声学斗篷设计思路，降低了设计及实现的复杂度。.（2）基于非对称元胞的固/液混合声子晶体结构在带隙边缘的强色散区内其等效材料参数发生剧烈变化，能够实现构造声学斗篷所需的强各向异性等效声学参数。.（3）利用声学空腔粘贴主动压电薄片构成的主动型声子晶体，其等效材料参数在适当的电压控制下可以满足声学斗篷的声学参数需求，这为声学斗篷的结构设计提供了新的思路。.（4）将各向异性声子晶体结构引入绕射超材料中，能够实现可物理实现绕射声学斗篷的设计。.项目全面完成了申请书规定的各项研究内容。在该项目资助下，共发表论文7篇，.其中SCI收录5篇。项目研究成果可为声学斗篷的结构设计及实现提供一条新的技术途径，具有广阔的应用前景。