搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于主动声学超材料的圆柱声隐身斗篷设计研究

沈惠杰 温激鸿 郁殿龙 蔡力 温熙森

引用本文:
Citation:

基于主动声学超材料的圆柱声隐身斗篷设计研究

沈惠杰, 温激鸿, 郁殿龙, 蔡力, 温熙森

Research on a cylindrical cloak with active acoustic metamaterial layers

Shen Hui-Jie, Wen Ji-Hong, Yu Dian-Long, Cai Li, Wen Xi-Sen
PDF
导出引用
  • 基于多层复合材料结构的二维声隐身斗篷设计思想, 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, 计算了主动声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, 有望给声隐身斗篷实验设计提供一条新的技术途径.
    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.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11004250, 10902123) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11004250, 10902123).
    [1]

    Pendry J B, Schurig D, Smith D R 2006 Science 312 1780

    [2]

    Cummer S A, Popa B-I, Schurig D, Smith D R, Pendry J B 2006 Phys. Rev. E 74 036621

    [3]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, Starr A F, Smith D R 2006 Science 314 977

    [4]

    Cheng J C, Zou X Y 2009 Tech. Acoust. 28 11 (in Chinese) [程建春, 邹欣晔 2009 声学技术 28 11]

    [5]

    Cummer S A, Popa B I, Schurig D, Smith D R, Pendry J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 024301

    [6]

    Chen H Y, Chan C T 2007 Appl. Phys. Lett. 91 183518

    [7]

    Cheng Y, Xu J Y, Liu X J 2009 Piers Online 5 177

    [8]

    Torrent D, Sánchez-Dehesa J 2009 Wave Motion 48 497

    [9]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18(03) 1123

    [10]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18(01) 179

    [11]

    Ren C Y, Xiang Z H, Cen Z Z 2011 Chin. Phys. B 20 114301

    [12]

    Wang X H, Qu S B, Xia S, Xu Z, Ma H, Wang J F, Gu C, Wu X, Lu L, Zhou H 2010 Chin. Phys. B 19 064101

    [13]

    Cheng Y, Liu X J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 071903

    [14]

    Cummer S A, Schurig D 2007 New J. Phys. 9 45

    [15]

    Torrent D, Sánchez-Dehesa J 2008 New J. Phys. 10 063015

    [16]

    Cheng Y, Yang F, Xu J Y, Liu X J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 151913

    [17]

    Lee S H, Park C M, Seo Y M, Wang Z G, Kim C K 2009 arXiv: 0812.2954v3 [cond-mat-mtrl-sci]

    [18]

    Baz A 2009 Proceedings of the ASME 2009 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, Oxnard, California, USA September 21-23, 2009 p1

    [19]

    Schoenberg M, Sen P N 1983 J. Acoust. Soc. Am. 73 61

  • [1]

    Pendry J B, Schurig D, Smith D R 2006 Science 312 1780

    [2]

    Cummer S A, Popa B-I, Schurig D, Smith D R, Pendry J B 2006 Phys. Rev. E 74 036621

    [3]

    Schurig D, Mock J J, Justice B J, Cummer S A, Pendry J B, Starr A F, Smith D R 2006 Science 314 977

    [4]

    Cheng J C, Zou X Y 2009 Tech. Acoust. 28 11 (in Chinese) [程建春, 邹欣晔 2009 声学技术 28 11]

    [5]

    Cummer S A, Popa B I, Schurig D, Smith D R, Pendry J 2008 Phys. Rev. Lett. 100 024301

    [6]

    Chen H Y, Chan C T 2007 Appl. Phys. Lett. 91 183518

    [7]

    Cheng Y, Xu J Y, Liu X J 2009 Piers Online 5 177

    [8]

    Torrent D, Sánchez-Dehesa J 2009 Wave Motion 48 497

    [9]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18(03) 1123

    [10]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18(01) 179

    [11]

    Ren C Y, Xiang Z H, Cen Z Z 2011 Chin. Phys. B 20 114301

    [12]

    Wang X H, Qu S B, Xia S, Xu Z, Ma H, Wang J F, Gu C, Wu X, Lu L, Zhou H 2010 Chin. Phys. B 19 064101

    [13]

    Cheng Y, Liu X J 2008 Appl. Phys. Lett. 93 071903

    [14]

    Cummer S A, Schurig D 2007 New J. Phys. 9 45

    [15]

    Torrent D, Sánchez-Dehesa J 2008 New J. Phys. 10 063015

    [16]

    Cheng Y, Yang F, Xu J Y, Liu X J 2008 Appl. Phys. Lett. 92 151913

    [17]

    Lee S H, Park C M, Seo Y M, Wang Z G, Kim C K 2009 arXiv: 0812.2954v3 [cond-mat-mtrl-sci]

    [18]

    Baz A 2009 Proceedings of the ASME 2009 Conference on Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, Oxnard, California, USA September 21-23, 2009 p1

    [19]

    Schoenberg M, Sen P N 1983 J. Acoust. Soc. Am. 73 61

  • [1] 施培万, 朱霄龙, 陈伟, 余鑫, 杨曾辰, 何小雪, 王正汹. HL-2A装置上电子回旋共振加热沉积位置影响鱼骨模主动控制效果的实验研究. 物理学报, 2023, 72(21): 215208. doi: 10.7498/aps.72.20230696
    [2] 刘少刚, 赵跃超, 赵丹. 基于磁流变弹性体多包覆层声学超材料带隙及传输谱特性. 物理学报, 2019, 68(23): 234301. doi: 10.7498/aps.68.20191334
    [3] 翟世龙, 王元博, 赵晓鹏. 基于声学超材料的低频可调吸收器. 物理学报, 2019, 68(3): 034301. doi: 10.7498/aps.68.20181908
    [4] 罗东云, 程冰, 周寅, 吴彬, 王肖隆, 林强. 基于滑模鲁棒算法的超低频主动隔振系统. 物理学报, 2018, 67(2): 020702. doi: 10.7498/aps.67.20171884
    [5] 丁昌林, 董仪宝, 赵晓鹏. 声学超材料与超表面研究进展. 物理学报, 2018, 67(19): 194301. doi: 10.7498/aps.67.20180963
    [6] 张永燕, 吴九汇, 钟宏民. 新型负模量声学超结构的低频宽带机理研究. 物理学报, 2017, 66(9): 094301. doi: 10.7498/aps.66.094301
    [7] 刘松, 罗春荣, 翟世龙, 陈怀军, 赵晓鹏. 负质量密度声学超材料的反常多普勒效应. 物理学报, 2017, 66(2): 024301. doi: 10.7498/aps.66.024301
    [8] 王观, 胡华, 伍康, 李刚, 王力军. 基于两级摆杆结构的超低频垂直隔振系统. 物理学报, 2016, 65(20): 200702. doi: 10.7498/aps.65.200702
    [9] 陆智淼, 蔡力, 温激鸿, 温熙森. 基于五模材料的圆柱声隐身斗篷坐标变换设计. 物理学报, 2016, 65(17): 174301. doi: 10.7498/aps.65.174301
    [10] 张向东, 陈虹, 王磊, 赵志高, 赵爱国. 圆柱形分层五模材料声学隐身衣的理论与数值分析. 物理学报, 2015, 64(13): 134303. doi: 10.7498/aps.64.134303
    [11] 刘娇, 侯志林, 傅秀军. 局域共振型声学超材料机理探讨. 物理学报, 2015, 64(15): 154302. doi: 10.7498/aps.64.154302
    [12] 唐传胜, 戴跃洪. 参数不确定永磁同步电机混沌系统的有限时间稳定控制. 物理学报, 2013, 62(18): 180504. doi: 10.7498/aps.62.180504
    [13] 王战, 董建峰, 刘锦景, 罗孝阳. 基于线变换的椭圆柱外隐身斗篷的设计研究. 物理学报, 2012, 61(20): 204101. doi: 10.7498/aps.61.204101
    [14] 赵建利, 王京, 王慧. 洛伦兹-哈肯激光混沌系统有限时间稳定主动控制方法研究. 物理学报, 2012, 61(11): 110209. doi: 10.7498/aps.61.110209
    [15] 路永坤. 受扰统一混沌系统的主动自适应模糊积分滑模控制. 物理学报, 2012, 61(22): 220504. doi: 10.7498/aps.61.220504
    [16] 王兴元, 朱全龙, 张晓鹏. 基于三种方法的新Lü混沌系统的同步. 物理学报, 2011, 60(10): 100510. doi: 10.7498/aps.60.100510
    [17] 郭会军, 刘丁, 赵光宙. 受扰统一混沌系统基于RBF网络的主动滑模控制. 物理学报, 2011, 60(1): 010510. doi: 10.7498/aps.60.010510
    [18] 丁昌林, 赵晓鹏, 郝丽梅, 朱卫仁. 一种基于开口空心球的声学超材料. 物理学报, 2011, 60(4): 044301. doi: 10.7498/aps.60.044301
    [19] 刘福才, 宋佳秋. 基于主动滑模控制的一类混沌系统异结构反同步. 物理学报, 2008, 57(8): 4729-4737. doi: 10.7498/aps.57.4729
    [20] 王兴元, 王明军. 三种方法实现超混沌Chen系统的反同步. 物理学报, 2007, 56(12): 6843-6850. doi: 10.7498/aps.56.6843
计量
  • 文章访问数:  8783
  • PDF下载量:  1174
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-24
  • 修回日期:  2011-11-25
  • 刊出日期:  2012-07-05

/

返回文章
返回