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

基于各向同性材料的层状椭圆柱形声隐身衣设计

高东宝 曾新吾

引用本文:
Citation:

基于各向同性材料的层状椭圆柱形声隐身衣设计

高东宝, 曾新吾

Layered elliptical-cylindrical acoustic cloaking design based on isotropic materials

Gao Dong-Bao, Zeng Xin-Wu
PDF
导出引用
  • 基于等效介质理论, 提出了具有共焦层状结构的椭圆柱形声隐身衣设计方法. 理论分析与有限元数值模拟表明, 所设计隐身衣依然具有完美隐身衣典型特征, 可使刚性圆柱体散射场明显减小, 并且在隐身衣区域表现出波阵面弯曲的特性, 同时在隐身衣外部波阵面保持不变. 增加隐身衣离散层数可以拓宽其有效工作频带, 改善隐身效果. 由于是一种线变换隐身衣, 隐身效果受到了入射波方向的影响, 只有当入射波方向与椭圆长轴平行时效果最佳. 另外当椭圆柱焦距非常小的时候, 可近似认为是圆柱形隐身衣. 仿真实验结果证明了方法的正确性. 该研究为实现复杂形状声隐身衣提供了一种有效途径.
    A layered co-focal elliptical-cylindrical acoustic cloak is designed based on the effective medium theory. The distribution of acoustic field is simulated using the finite element method. The cloak possesses the properties of low-reflection outside and wavefront-bending in the cloak shell. The relationship between the cloaking effect and the number of discrete layers, the direction of incident wave are also investigated. The effective working frequency band can be broadened by using more layers. As the cloak is of a line-transformed type, its properties are associated with the direction of incident wave. Only when the incident wave is parallel to the major axis of the ellipse, can the cloak have the best performance. In addition, the cloak is of a cylindrical structure as the focus of the ellipse-cylinder is small enough. This work is expected to be helpful for realizing acoustic cloaks with complex shapes.
    [1]

    Chen H Y, Chan C T 2010 J. Phys. D: Appl. Phys. 43 113001

    [2]

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

    [3]

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

    [4]

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

    [5]

    Norris A N 2008 Proc. R. Soc. A 464 2411

    [6]

    Milton G W, Briane M, Willis J R 2006 New J. Phys. 8 248

    [7]

    Liu Z Y, Zhang X X, Mao Y W, Zhu Y Y, Yang Z Y, Chan C T, Sheng P 2000 Science 289 1734

    [8]

    Fang N, Xi D J, Xu J Y, Ambati M, Srituravanich W, Sun C, Zhang X 2006 Nature Mater. 5 452

    [9]

    Torrent D, Sánchez-Dehesa J 2008 New J. Phys. 10 023004

    [10]

    Zhang S, Xia C G, Fang N 2011 Phys. Rev. Lett. 106 024301

    [11]

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

    [12]

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

    [13]

    Norris A N, Nagy A J 2010 J. Acoust. Soc. Am. 128 1606

    [14]

    Urzhumov Y, Ghezzo F, Hunt J, Smith D R 2010 New J. Phys. 12 073014

    [15]

    Ma H, Qu S B, Zhang J Q, Chen B W, Wang J F 2008 Phys. Rev. A 77 013825

    [16]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18 1123

    [17]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18 179

    [18]

    Wang Z X, Guo D R 2006 Introduction to Special Function (Beijing: Peking University Press) p651 (in Chinese) [王竹溪, 郭敦仁 2006 特殊函数概论 (北京: 北京大学出版社) 第651页]

    [19]

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

    [20]

    Chen H Y, Yang T, Luo X D, Ma H R 2008 Chin. Phys. Lett. 25 3696

    [21]

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

    [22]

    Jiang W X, Ma H F, Cheng Q, Cui T J 2010 J. Appl. Phys. 107 034911

  • [1]

    Chen H Y, Chan C T 2010 J. Phys. D: Appl. Phys. 43 113001

    [2]

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

    [3]

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

    [4]

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

    [5]

    Norris A N 2008 Proc. R. Soc. A 464 2411

    [6]

    Milton G W, Briane M, Willis J R 2006 New J. Phys. 8 248

    [7]

    Liu Z Y, Zhang X X, Mao Y W, Zhu Y Y, Yang Z Y, Chan C T, Sheng P 2000 Science 289 1734

    [8]

    Fang N, Xi D J, Xu J Y, Ambati M, Srituravanich W, Sun C, Zhang X 2006 Nature Mater. 5 452

    [9]

    Torrent D, Sánchez-Dehesa J 2008 New J. Phys. 10 023004

    [10]

    Zhang S, Xia C G, Fang N 2011 Phys. Rev. Lett. 106 024301

    [11]

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

    [12]

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

    [13]

    Norris A N, Nagy A J 2010 J. Acoust. Soc. Am. 128 1606

    [14]

    Urzhumov Y, Ghezzo F, Hunt J, Smith D R 2010 New J. Phys. 12 073014

    [15]

    Ma H, Qu S B, Zhang J Q, Chen B W, Wang J F 2008 Phys. Rev. A 77 013825

    [16]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18 1123

    [17]

    Ma H, Qu S B, Xu Z, Zhang J Q, Wang J F 2009 Chin. Phys. B 18 179

    [18]

    Wang Z X, Guo D R 2006 Introduction to Special Function (Beijing: Peking University Press) p651 (in Chinese) [王竹溪, 郭敦仁 2006 特殊函数概论 (北京: 北京大学出版社) 第651页]

    [19]

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

    [20]

    Chen H Y, Yang T, Luo X D, Ma H R 2008 Chin. Phys. Lett. 25 3696

    [21]

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

    [22]

    Jiang W X, Ma H F, Cheng Q, Cui T J 2010 J. Appl. Phys. 107 034911

  • [1] 汪磊, 黄益旺, 郭霖, 任超. 浅海粗糙海底声散射建模及声场特性. 物理学报, 2024, 73(3): 034301. doi: 10.7498/aps.73.20231472
    [2] 农洁, 张伊祎, 韦雪玲, 姜鑫鹏, 李宁, 王冬迎, 肖思洋, 陈泓廷, 张振荣, 杨俊波. 电介质/金属/电介质膜系实现可见光波段高透兼容激光隐身研究. 物理学报, 2023, 72(17): 177802. doi: 10.7498/aps.72.20230855
    [3] 王浩, 姚能智, 王斌, 王学生. 流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性研究. 物理学报, 2022, 0(0): 0-0. doi: 10.7498/aps.71.20220346
    [4] 王浩, 姚能智, 王斌, 王学生. 流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性. 物理学报, 2022, 71(13): 134703. doi: 10.7498/aps.70.20220346
    [5] 陈天航, 郑斌, 钱超, 陈红胜. 新型电磁波隐身研究进展. 物理学报, 2020, 69(15): 154104. doi: 10.7498/aps.69.20200976
    [6] 胡珍, 范军, 张培珍, 吴玉双. 水下掩埋目标的散射声场计算与实验. 物理学报, 2016, 65(6): 064301. doi: 10.7498/aps.65.064301
    [7] 金国梁, 尹剑飞, 温激鸿, 温熙森. 基于等效参数反演的敷设声学覆盖层的水下圆柱壳体声散射研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014305. doi: 10.7498/aps.65.014305
    [8] 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
    [9] 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
    [10] 罗孝阳, 刘道亚, 姚丽芳, 董建峰. 新型椭圆形互补隐身斗篷设计. 物理学报, 2014, 63(8): 084101. doi: 10.7498/aps.63.084101
    [11] 赵凯, 牟宗信, 张家良. 同轴介质阻挡放电发生器介质层等效电容和负载特性研究. 物理学报, 2014, 63(18): 185208. doi: 10.7498/aps.63.185208
    [12] 赵晨, 蒋式勤, 石明伟, 朱俊杰. 非均匀电磁介质中的等效源重构. 物理学报, 2014, 63(7): 078702. doi: 10.7498/aps.63.078702
    [13] 毕传兴, 胡定玉, 张永斌, 徐亮. 基于等效源法和双面质点振速测量的声场分离方法. 物理学报, 2013, 62(8): 084301. doi: 10.7498/aps.62.084301
    [14] 沈惠杰, 温激鸿, 郁殿龙, 蔡力, 温熙森. 基于主动声学超材料的圆柱声隐身斗篷设计研究. 物理学报, 2012, 61(13): 134303. doi: 10.7498/aps.61.134303
    [15] 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
    [16] 吴群, 张狂, 孟繁义, 李乐伟. 三维椭球隐身条件的严格推导及其隐身特性验证. 物理学报, 2010, 59(9): 6071-6077. doi: 10.7498/aps.59.6071
    [17] 丁世敬, 葛德彪, 申宁. 复合介质等效电磁参数的数值研究. 物理学报, 2010, 59(2): 943-948. doi: 10.7498/aps.59.943
    [18] 吴群, 张狂, 孟繁义, 李乐伟. 正N边形柱的隐身条件的严格推导及其隐身特性验证. 物理学报, 2009, 58(3): 1619-1626. doi: 10.7498/aps.58.1619
    [19] 张拴勤, 石云龙, 黄长庚, 连长春. 隐身涂层的光谱反射特性设计. 物理学报, 2007, 56(9): 5508-5512. doi: 10.7498/aps.56.5508
    [20] 钱祖文. 关于声散射声. 物理学报, 1976, 25(6): 472-480. doi: 10.7498/aps.25.472
计量
  • 文章访问数:  7135
  • PDF下载量:  843
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-01-06
  • 修回日期:  2012-02-20
  • 刊出日期:  2012-09-05

/

返回文章
返回