客服热线：
手机版
二维码
与电磁波不同，弹性波包含不同模式的波。它们之间的相互作用和耦合增加了问题的复杂性，但同时也为波操纵提供了更大的空间。弹性体波转换技术在医用超声和无损检测领域具有广阔的应用前景。然而，与透射型转换不同，反射弹性模态转换在分析和设计方面的探索较少，尽管它可能提供能量捕获和耗散的巨大可能性。在过去的十年中，弹性超材料被提出，其有效本构参数的不同组合产生了新的物理现象。由于其结构在宏观和微观尺度上的可设计性，巧妙设计的弹性超材料可以选择性地控制固体中的波传播和极化，即确保特定弹性波模式的传播，同时防止其它波分量的传播。
近日，北京理工大学先进结构技术研究院方岱宁院士团队提出了一个理论框架，构建弹性各向异性超表面，可以实现反射纵向-横向(L-to-T)和横向-纵向(T-to-L)波转换。研究人员利用多反射模式转换的机制，在水下环境中实现宽带、亚波长和近乎完美的吸声。对入射纵波或横波，系统地研究了超表面的反射散射特性。转换机理是基于反射法布里-珀罗(FP)共振，根据规定的超表面有效参数预测了反射法布里-珀罗共振的发生条件和特征。然后，建立了一个逆向设计框架来构思一个由粘弹性橡胶层和超表面构成的水下涂层系统。实现了一系列可定制模式转换的超表面，以实现宽带低频和高效率的水下吸声。具体而言，超薄橡胶-超表面层，其中超表面厚度约为λ/70，可以实现近100%的吸声。此外，该团队还证明了在-60°到60°的入射角范围内，能够以相当稳健的方式获得持久的高吸收(超过80%)。更重要的是，在相对带宽为119%的超宽带范围内，可以通过多种模式转换轻松实现超过75%的高效率吸声。揭示了复合FP共振的水下吸声机理，即FP共振决定了L-to-T和T-to-L的转换比，而橡胶-超表面层的FP共振增强了橡胶内部的波衰减。此外，作者表示在未来的工作中，需要研究考虑更多工程约束和应用的多功能反射超表面。为了追求宽带甚至超宽带特性，有必要对这类反射超表面进行系统的逆向设计。考虑斜波入射甚至全角特征将是向前迈出的重要一步。此外，将目前的理论与机器学习相结合，可能会实现弹性超表面的三维大规模设计，以获得更高级的波动特性和功能。该研究提出的反射多模式转换机制和超表面设计方法为一类具有潜在水下应用潜力的弹性波器件开辟了道路。相关研究工作发表在《Physical Review Applied》上。（丁雷）
文章链接：Hao-Wen Dong, et al, Reflective metasurfaces with Multiple Elastic Mode Conversions for Broadband Underwater Sound Absorption. Physical Review Applied(2022). DOI:
