聲場與金屬中微結構的相互作用.pdf

1、超聲檢測和聲學超材料在工業(yè)社會中的廣泛應用，對超聲與材料結構之間關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構的二維鋁板模型，系統(tǒng)研究了聲學超材料中微結構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、脈沖展寬效應與聲學超材料中微結構界面層之間的關系。研究結果表明，慢波效應和脈沖展寬效應都隨著微結構中散射體厚度的增加逐漸達到飽和狀態(tài)。從超聲波的角度來看，在聲學超材料中存在一

2、個有效微結構界面層厚度，它決定了慢波效應和脈沖展寬效應的程度。當微結構厚度為1.89λ時，可得到最佳慢波效應，此時聲波大約慢了0.08個入射波周期。當微結構厚度為2.69λ時，脈沖展寬效應最明顯，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構反射回來的回波的幅值（amp）。計算結果表明，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構進行研究，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構，以及在聲源