谐振放大压电声学超材料梁带隙特性研究

声学超材料具有亚波长带隙,可应用于结构振动与噪声控制。引入压电材料和谐振分流电路,可以利用电磁振荡和压电材料机电耦合特性在超材料内部形成可调谐局域共振带隙。传统压电声学超材料受到已有压电材料机电耦合系数的限制,带隙一般较窄,无法满足大柔性结构振动与噪声控制中低频宽带需求。因而,该文提出一种谐振放大压电声学超材料梁结构。将压电片划分为传感极和驱动极,传感极输出电压经过运算放大电路放大,然后与谐振电路相连,实现局域共振效果的增强,从而增大带隙宽度。采用有限元方法建立压电声学超材料梁带隙计算模型,分析了带隙位置和宽度随电路放大倍数的变化,研究了等效弹性模量与带隙的关系;利用商用有限元软件仿真分析了有限周期梁的振动传递特性,验证了带隙计算方法的正确性。研究结果表明,放大电路有效增强了电路的局域共振效果,随着放大倍数的增大,带隙频率降低,带隙宽度增大。     

声学超构材料技术实用化的进展

声学超构材料是当前声学和材料学一个热门的研究领域.声学超构材料可定义为:通过对材料在特征物理尺度上进行人工设计制备,使其具有超越常规材料的声学性能的一种人工序构的复合材料.其亚波长特性、超常声学性能以及颠覆性应用的可能吸引了学界和工程界的关注.21世纪以来,随着增材制造技术的发展,声学超构材料的实验室加工与制备问题得以...     

基于声学超材料的低频隔声模型设计

由于低频声波波长较长且穿透力强、难以衰减,能很轻易地绕过障碍物,所以排除低频声波的干扰一直是声学研究中的一大问题。为了实现对低频波的有效吸收,解决现代生产生活中普遍存在的噪声污染问题,以声学超材料为基础,利用COMSOL有限元软件研究设计一种二维三分量局部共振型超材料模型,对不同频率、不同厚度和不同形状结构的超材料模型隔声效果展开研究。经仿真实验结果验证,模型能够实现对低频声波的吸收,在20～3 000 Hz频率范围内有效降低低频宽频噪声,最大可得到30 dB的声衰减,从而达到良好的低频隔声效果,这项研究对声学的发展有很好的现实价值和发展空间,为民用及军用领域对减振降噪的高需求提供了更多的可能,可在许多不同的应用中发挥作用。     

水下声学超材料研究

声学超材料在空气中应用的研究已经很多,通过对其声学负参数的研究可以实现负折射、 声隐身、 波束控制以及超分辨成像等功能.声学超材料在空气中的良好应用也让更多的研究者们聚焦水下声学超材料(简称水声超材料)声聚焦、声透射等的研究,其在水下的研究涉及到流固耦合以及模式转换的影响,会更加复杂.水下研究的主要难题有尺度大、低频性...     

一种带薄膜结构的Helmholtz腔声学超材料

为有效控制低频宽带噪声,设计了一种带薄膜结构的Helmholtz腔声学超材料。利用COMSOL软件对其透射特性进行详细分析,结果表明:不带膜的原本的Helmholtz腔结构其透射系数虽在低频范围内可以得到峰值,但其结构尺寸较大,且频带很窄,而文中设计的声学超材料结构的透射系数在低频范围可得到多个峰值,在相同结构尺寸下,与原本的Helmholtz腔结构相比,其固有频率向低频范围内偏移,因而提高了结构的低频隔声效果,拓宽了结构的隔声频率带宽。在此基础上进一步研究了声学超材料结构几何参数对透射系数的影响,优化了声学超材料的结构几何参数。     

压电水声换能器的声学特性分析

压电水声换能器是一种既能作为驱动器又能作为传感器工作的水下探测装置。准确预测其在嘈杂水下环境中的声学特性对设计出坚固耐用的换能器是十分重要的。有限元方法对分析换能器在不同环境中的各种性能十分有效和实用。建立了一种Tonpilz型换能器的二维轴对称有限元模型,设计了基于有限元方法的程序,对其进行了动力学分析,包括模态分析和谐响应分析等,获得了一些声学特性。该程序分析的结果与ANSYS软件分析的结果显示出较好的吻合性。     

铁电多层膜声学超晶格材料及宽带超高频声学器件的研制

声学超晶格理论是我国独创,具有国际先进水平。基于声学超晶格理论和效应的声电子器件,是一类全新的元器件。在863计划的支持下,我们不断地将器件的性能提高到更高的频率(大于1000MHz)和更大的带宽(大于 500MHz)。与此同时,我们进一步开拓了基于声学超晶格的光波与声波和光波与格波耦合的多功能声电子和光电子原形器件(声光器件和离子型声子晶     

薄膜型声学超材料的管道消声特性研究

针对管道低频流噪声难于有效控制的弊端,设计了一种薄膜型声学超材料及其性能测试装置,根据声波传递理论计算了管道内薄膜在声压作用下的振动特性。利用COMSOL软件的声固耦合模块研究了薄膜的消声特性,并进行了对比试验。结果表明:薄膜在低频范围内有较好的消声性能,薄膜的共振频率即为其消声工作频率;薄膜的振幅越大,传递损失值越高,最高达54 dB;薄膜参数的变化对超材料的消声性能有调节作用,通过改变施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,分别实现了传递损失峰值频率偏移120 Hz与110 Hz;通过改变附着质量块大小,实现了100 Hz及以下超低频消声。相关研究为主动声学超材料以及紧凑型管道消声器的设计提供了依据。     

表面张力对薄膜型声学超材料隔声性能的影响

目前许多对于薄膜型声学超材料隔声性能的研究仅限于数值方法,其结构参数可以很方便的调节,但缺乏必要的实验验证。因此,从有限元仿真和实验验证两个角度出发,主要研究了弹性薄膜的表面张力对由它和质量块组合而成的薄膜型声学超材料的隔声性能的影响。采用COMSOL Multiphysics软件对薄膜型声学超材料进行声学仿真研究,通过所得到的传递损失曲线能够更直观和方便地分析声波通过薄膜型声学超材料后对声音衰减的效果,并采用驻波管法对薄膜型声学超材料的隔声性能进行实验验证。结果表明,随着薄膜表面张力的增大,其传递损失峰值所对应频率向高频移动,且吸声系数峰值增多,所对应的频率范围增大。     

基于磁流变薄膜的可调谐主动声学超材料

为了实现声学超材料等效参数的非接触式主动控制,基于磁流变薄膜设计了一种磁固耦合的主动声学超材料,该结构由铝质环形框架和附加质量块的磁流变薄膜组成。运用COMSOL软件对其声学特性和隔声性能进行了详细分析,结果表明:改变外加磁场强度能够调节所设计的声学超材料的固有频率,与被动声学超材料相比,实现了非接触主动控制声学超材料系统的隔声峰值频率,从而拓宽了声学超材料的隔声频率范围;在此基础上进一步研究了磁流变薄膜材料参数、薄膜预应力和附加质量对隔声性能的影响。     

Magnetoactive Acoustic Metamaterials

Acoustic metamaterials with negative constitutive parameters (modulus and/or mass density) have shown great potential in diverse applications ranging from sonic cloaking, abnormal refraction and superlensing, to noise canceling. In conventional acoustic metamaterials, the negative constitutive parameters are engineered via tailored structures with fixed geometries; therefore, the relationships between constitutive parameters and acoustic frequencies are typically fixed to form a 2D phase space once the structures are fabricated. Here, by means of a model system of magnetoactive lattice structures, stimuli‐responsive acoustic metamaterials are demonstrated to be able to extend the 2D phase space to 3D through rapidly and repeatedly switching signs of constitutive parameters with remote magnetic fields. It is shown for the first time that effective modulus can be reversibly switched between positive and negative within controlled frequency regimes through lattice buckling modulated by theoretically predicted magnetic fields. The magnetically triggered negative‐modulus and cavity‐induced negative density are integrated to achieve flexible switching between single‐negative and double‐negative. This strategy opens promising avenues for remote, rapid, and reversible modulation of acoustic transportation, refraction, imaging, and focusing in subwavelength regimes.     

材料与几何参数对薄膜超材料吸声性能的影响

现有对薄膜声学超材料的研究大多是通过改变附加质量厚度与数目、调整附加质量布设位置、构建复合结构等方式,提高其吸声性能,鲜有分析材料参数与几何参数对其吸声性能的影响.为此,基于弹性波动理论,联合有限元及边界元法,建立吸声型薄膜声学超材料的声固耦合模型,并通过阻抗管试验进行验证,探究吸收峰的出现原因及其幅频特性,研究材料及...     

关于声学超构材料名词术语的探讨

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...     

吸声超材料研究进展

介绍了基于局域共振机理的吸声超材料的基本原理和其负等效质量密度、负等效体积模量和两者"双负"的特点,详细介绍了基于局域共振机理的声子晶体型、薄膜型、声子玻璃型和频率编码型等吸声超材料的结构形式、基本原理和性能特点。还介绍了基于其它吸声机理的超材料的结构特点、吸声原理和最新研究进展。最后,对吸声超材料的未来发展方向进行了展望。     

Ultrafast Coherent Absorption in Diamond Metamaterials

Diamond is introduced as a material platform for visible/near‐infrared photonic metamaterials, with a nanostructured polycrystalline diamond metasurface only 170 nm thick providing an experimental demonstration of coherent light‐by‐light modulation at few‐optical‐cycle (6 fs) pulse durations. “Coherent control” of absorption in planar (subwavelength‐thickness) materials has emerged recently as a mechanism for high‐contrast all‐optical gating, with a speed of response that is limited only by the spectral width of the absorption line. It is shown here that a free‐standing diamond membrane structured by focused ion beam milling can provide strong, spectrally near‐flat absorption over a visible to near‐infrared wavelength range that is wide enough (wider than is characteristically achievable in plasmonic metal metasurfaces) to facilitate coherent modulation of ultrashort optical pulses comprising only a few oscillations of electromagnetic field.     

压电陶瓷的生物听效应

本文探索一种新的简便方法，将压电陶瓷膜片植入耳蜗，利用材料的压电效应，直接将声信号变成电信号，刺激听神经产生听觉，取代价格昂贵、结构复杂的电子耳蜗，使聋耳重新获得听力。这将造福于几百万全聋病人。为此，我们找到一种铌酸盐压电陶瓷，其稳定性好、优值高、频率常数大、生物相容性好。制成厚膜小片植入爆震致聋的１５只豚鼠耳蜗后，聋耳听力提高４０－５０ｄＢ。显示压电陶瓷良好的生物听效应，有可能发展成新一代的人工