目錄
前言
上篇 基礎(chǔ)理論
第1章 聲學(xué)超材料概述 3
1.1 引言 3
1.2 聲學(xué)超材料 3
1.2.1 聲子晶體 4
1.2.2 左手材料與電磁超材料 5
1.2.3 聲學(xué)超材料的概念及基本特征 8
1.2.4 聲學(xué)超材料的主要研究內(nèi)容 10
1.2.5 研究意義 11
1.3 聲學(xué)超材料的研究歷程與發(fā)展趨勢 13
1.3.1 理論研究 14
1.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計與制備 15
1.3.3 應(yīng)用探索 18
1.3.4 聲學(xué)超材料研究的發(fā)展趨勢 20
1.4 國內(nèi)外研究概況 21
1.4.1 國外研究概況 21
1.4.2 國內(nèi)研究概況 26
1.4.3 研究概況小結(jié) 32
1.5 前沿動態(tài) 33
1.5.1 非線性聲學(xué)超材料 33
1.5.2 聲學(xué)超表面 34
1.5.3 聲學(xué)黑洞 37
1.5.4 零折射率聲學(xué)超材料 39
參考文獻 40
第2章 聲學(xué)超材料理論基礎(chǔ) 54
2.1 引言 54
2.2 彈性動力學(xué)基礎(chǔ) 54
2.2.1 形變、位移與應(yīng)變 54
2.2.2 力與應(yīng)力 57
2.2.3 運動方程與本構(gòu)方程 58
2.2.4 頻域響應(yīng) 61
2.2.5 彈性波與聲波 62
2.3 彈性波傳播的能帶結(jié)構(gòu)分析 63
2.3.1 晶格理論 63
2.3.2 Bloch定理與能帶理論 65
2.3.3 一維離散周期系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu) 68
2.3.4 二維連續(xù)周期系統(tǒng)的能帶結(jié)構(gòu) 76
2.4 彈性波傳播的等效介質(zhì)分析 82
2.4.1 參數(shù)反演分析 82
2.4.2 能帶結(jié)構(gòu)分析 87
2.5 彈性波能流傳輸分析 90
2.5.1 彈性波能流密度矢量 90
2.5.2 彈性波的群速度、相速度與等頻率面 91
參考文獻 96
第3章 聲學(xué)超材料的主要特性 98
3.1 引言 98
3.2 聲學(xué)超材料的低頻帶隙效應(yīng) 98
3.2.1 聲學(xué)超材料帶隙的基本特征 99
3.2.2 聲學(xué)超材料帶隙的形成機理 103
3.2.3 聲學(xué)超材料帶隙的主要影響因素 106
3.3 聲學(xué)超材料的超常吸聲效應(yīng) 109
3.3.1 球形局域共振結(jié)構(gòu)的吸聲特性 110
3.3.2 柱形局域共振結(jié)構(gòu)的吸聲特性 123
3.4 聲學(xué)超材料的負折射效應(yīng) 130
3.4.1 聲學(xué)超材料負折射的基本特征 131
3.4.2 聲學(xué)超材料負折射的形成機理 135
3.4.3 聲學(xué)超材料負折射的主要影響因素 138
3.5 聲學(xué)超材料的表面反常效應(yīng) 140
3.5.1 聲學(xué)超材料表面反常效應(yīng)的基本特征 141
3.5.2 聲學(xué)超材料表面反常效應(yīng)的形成機理 143
3.5.3 聲學(xué)超材料表面反常效應(yīng)的主要影響因素 145
參考文獻 148
下篇 應(yīng)用探索
第4章 聲學(xué)超材料的聲隱身應(yīng)用 153
4.1 引言 153
4.2 聲學(xué)坐標(biāo)變換設(shè)計理論 153
4.2.1 聲波方程的坐標(biāo)變換 154
4.2.2 圓柱形聲隱身超材料設(shè)計 159
4.2.3 橢圓柱形聲隱身超材料設(shè)計 161
4.2.4 任意形狀的閉合聲隱身超材料設(shè)計 163
4.2.5 聲幻象及地毯聲隱身超材料設(shè)計 165
4.3 聲隱身超材料的聲學(xué)特性分析 167
4.3.1 聲隱身超材料的多層介質(zhì)模型 167
4.3.2 聲隱身超材料的影響因素及規(guī)律分析 176
4.4 聲隱身超材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計 186
4.4.1 聲隱身超材料的材料參數(shù)約束分析 186
4.4.2 慣性隱身超材料 188
4.4.3 五模隱身超材料 190
參考文獻 196
第5章 聲學(xué)超材料的減振降噪應(yīng)用 199
5.1 引言 199
5.2 輕質(zhì)結(jié)構(gòu)低頻減振設(shè)計 199
5.2.1 輕質(zhì)結(jié)構(gòu)減振的概念、意義 199
5.2.2 基于聲學(xué)超材料的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計 202
5.2.3 減振特性分析 206
5.2.4 實驗測試與驗證 211
5.3 薄膜型聲學(xué)超材料的低頻隔聲設(shè)計 216
5.3.1 隔聲的基本理論與概念 216
5.3.2 薄膜型聲學(xué)超材料的低頻隔聲現(xiàn)象及機理 217
5.3.3 薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲特性調(diào)控規(guī)律 224
5.3.4 薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲特性實驗研究 234
5.4 基于聲學(xué)超材料的管路噪聲控制 241
5.4.1 傳統(tǒng)管路噪聲控制理論與方法 241
5.4.2 基于超材料的管路低頻隔聲設(shè)計原理與設(shè)計方法 243
5.4.3 隔聲性能仿真分析 247
5.4.4 實驗測試與驗證 253
參考文獻 257
第6章 基于聲學(xué)超材料的新型聲學(xué)功能器件設(shè)計探索 262
6.1 引言 262
6.2 聲學(xué)超材料聲透鏡技術(shù) 262
6.2.1 聲透鏡的概念、意義 262
6.2.2 單負參數(shù)聲學(xué)超材料透鏡 264
6.2.3 雙負參數(shù)聲學(xué)超材料透鏡 270
6.2.4 各向異性聲學(xué)超材料透鏡 273
6.3 聲學(xué)超材料聲整流技術(shù) 277
6.3.1 聲整流的概念、意義 277
6.3.2 基于零折射率超材料的聲整流 278
6.3.3 基于聲波反常透射的聲整流 282
6.3.4 基于聲學(xué)梯度材料的聲整流 287
6.4 聲學(xué)超材料定向聲發(fā)射技術(shù) 290
6.4.1 定向聲發(fā)射的概念、意義 290
6.4.2 基于聲表面波模式調(diào)制的定向聲發(fā)射 291
6.4.3 基于界面聲阻抗調(diào)制的定向聲發(fā)射 297
參考文獻 303
彩圖