聲場與金屬中微結(jié)構(gòu)的相互作用.pdf

1、超聲檢測和聲學(xué)超材料在工業(yè)社會中的廣泛應(yīng)用，對超聲與材料結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究提出了更高的要求。本文基于時域有限差分法（FDTD）建立了含有不同微結(jié)構(gòu)的二維鋁板模型，系統(tǒng)研究了聲學(xué)超材料中微結(jié)構(gòu)對超聲波傳播特性的影響。
　　文章從理論上研究了超聲反射波的慢波效應(yīng)、脈沖展寬效應(yīng)與聲學(xué)超材料中微結(jié)構(gòu)界面層之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，慢波效應(yīng)和脈沖展寬效應(yīng)都隨著微結(jié)構(gòu)中散射體厚度的增加逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)。從超聲波的角度來看，在聲學(xué)超材料中存在一

2、個有效微結(jié)構(gòu)界面層厚度，它決定了慢波效應(yīng)和脈沖展寬效應(yīng)的程度。當(dāng)微結(jié)構(gòu)厚度為1.89λ時，可得到最佳慢波效應(yīng)，此時聲波大約慢了0.08個入射波周期。當(dāng)微結(jié)構(gòu)厚度為2.69λ時，脈沖展寬效應(yīng)最明顯，脈沖展寬大約0.13個周期。文中還提出了一種測量聲學(xué)超材料中散射體圓心距以及散射體直徑的新方法，該方法主要是基于檢測從微結(jié)構(gòu)反射回來的回波的幅值（amp）。計算結(jié)果表明，該方法適用于散射體圓心距小于測量聲波波長的4倍的情況，因為當(dāng)散射體之間的間

3、距大于4倍波長時，散射體之間的耦合效應(yīng)基本可以忽略。因此，通過選擇合適的測量聲波頻率，該方法總能有效地測量出散射體的圓心距。同時，掃頻方法檢測下，散射體的直徑等于 amp曲線峰值處對應(yīng)的聲源波長的一半。這就意味著，該方法可以用于測量散射體的直徑大小。
　　對亞波長尺寸的散射體組成的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，無論是單個還是多個散射體單元，其反射與透射波形均具有豐富的時域信息，通過對比分析可以從波形的變化趨勢判斷鋁板中是否存在微結(jié)構(gòu)，以及在聲源