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基于主动声学超材料的圆柱声隐身斗篷设计研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:Acta Physica Sinica
  • 时间:2012
  • 页码:230-237
  • 分类:TN949.11[电子电信—信号与信息处理;电子电信—信息与通信工程]
  • 作者机构:[1]国防科技大学装备综合保障技术重点实验室,长沙410073
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:11004250,10902123)资助的课题
  • 相关项目:基于声子晶体的声学"斗篷"设计及其声波操控机理研究
中文摘要:

基于多层复合材料结构的二维卢隐身斗篷设计思想,利用主动隔膜声学空腔有效密度可以任意控制这一特性,设计了主动声学超材料下的无限长圆柱声隐身斗篷.给出了主动隔膜声学空腔单元的声电元件类比模拟电路图和具体的有效密度控制方法.进行了主动声学超材料声隐身斗篷的结构建模,并对平面入射波入射下此圆柱隐身斗篷周围声压分布场进行仿真计算.结果表明,平面波在一定频率范围内可以毫无阻碍地透过圆柱斗篷,似乎不存在这种障碍物,达到声隐身效果.同时,计算了主动卢材料斗篷下总散射截面随频率变化曲线,研究了此斗篷隐身效果随频率的变化特性.本文从主动控制角度探讨实验实现隐身斗篷的技术问题,有望给卢隐身斗篷实验设计提供一条新的技术途径.

英文摘要:

Enlightened by the tunable properties of effective density of the active acoustic metamaterial, we design an active infinite cylinder acoustic cloak according to the idea of the multilayer structured acoustic cloak with homogeneous isotropic materials. Utilizing the electrical analog, the dynamical equation of the acoustic cavity with Piezo-Diaphragm is presented. By analyzing the circuit diagram, the control strategy of achieving various effective densities which are used for constructing the acoustic cloak is given. Based on the necessary parameters such as the wide range values of the relative densities gained by active control, and the acoustic speed of each composite layer, the acoustic pressure field of the plane wave incident on the cloak is calculated, via the FEM model. Also the pressure map of a rigid cylinder scatterer with surrounded fluid is performed for comparison. Results show that outside the cloaking shell, the plane wave field is almost undisturbed. However inside the shell, the plane wavefronts are gradually deflected, and guided around the cloaked domain, returning to the original plane shape with small perturbation. This phenomenon making the cloak acoustically invisible in some frequency ranges has useful values in engineering applications. Finally, the total scattering cross section of the cloak is calculated to investigate the invisible effect according to the frequency domain. The total number of the composite active metamaterial layers is 15, which is much easier to realize in experiment.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876