《基於五模材料的變換聲學理論與實驗研究》是依託北京理工大學，由胡更開擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於五模材料的變換聲學理論與實驗研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：胡更開
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於五模材料變換聲學理論設計的功能結構具有寬頻、無質量奇異以及固體形態等優勢，是用於聲波控制設計的一種較新且具有前景的理論。課題將通過理論、數值和實驗相結合的途徑對這一方法展開系統研究，主要包括：（1）研究變換理論的基礎問題，澄清變換的唯一性以及對五模材料性質分布的內在約束，發展針對複雜構形構造各向同性密度變換關係的方法；（2）基於理想五模材料功能結構發展相應近似和最佳化方法，消除奇異性並獲得易於實驗實現的材料性質分布；（3）分析環境壓力和五模材料中微小剪下模量對聲波控制的定量影響；建立五模材料的動態均質化理論、微結構設計方法，以及聲波控制功能結構的整體微結構設計;（4）設計搭建相應的實驗平台，對水聲隱身斗篷等典型結構進行實驗驗證。通過課題研究將解決五模材料變換聲學中系列關鍵問題，並為水聲隱身結構的設計提供新方法和概念。
結題摘要
傳統水聲隱身技術主要通過橡膠覆蓋層吸收聲吶信號達到隱身，然而，橡膠吸聲材料存在對低頻（＜1kHz）聲波吸收不足的缺陷。即使實現了完美吸收，也在會目標後向形成聲陰影區，無法有效對抗多基聲吶協同探測。因此針對低頻和多基聲納的探測威脅，需要發展新型的水聲隱身技術。五模材料是近年提出的一種聲學性質與水類似的固體材料，具有寬低頻有效、聲學各向異性、性能可設計等優點。五模材料與變換聲學理論相結合，有望實現水聲傳播軌跡的精確操控達到完美隱身，解決吸收隱身技術無法對抗多基聲吶探測的難題。 針對上述背景，項目開展了基於五模材料的寬低頻水聲繞射隱身新原理研究。主要研究內容包括：1、五模材料變換聲學基礎理論；2、五模材料動態均勻化方法與創新性型微結構設計；3、五模材料繞射隱身斗篷功能-材料-結構一體化設計與隱身性能分析；4、水聲測試平台研製與繞射隱身原理性實驗。取得了包括五模材料創新微結構及微結構反演最佳化算法、五模材料隱身斗篷一體化設計方法、繞射隱身原理性實驗等系列原創性研究成果。成功製備出分米尺度隱身斗篷原理樣件，9-15kHz範圍實驗獲得目標強度降低6.3dB的優良隱身效果。該研究首次從原理上證明了五模材料套用於低頻水聲繞射隱身的可行性，並進一步為五模材料在水聲隱身和調控方面的套用提供了必要的分析、設計和實驗方法。 研究成果在凝聚態物理TOP期刊PRB、固體力學頂級期刊JMPS、經典聲學期刊JASA等SCI期刊發表論文11篇，在力學綜述期刊《力學進展》發表關於五模材料的EI綜述論文1篇。所提出的五模材料創新構型已授權1項國家發明專利，另有2項國家發明專利已提交審查。研究發展的最佳化設計算法及實驗方法在中船重工集團719研究所、中國船舶工業系統工程研究院開展的水聲隱身研究中得到了套用。期間共舉辦兩次超材料相關研討會，包括國際理論與力學聯盟（IUTAM）授權的“聲/彈性波超材料設計與套用”高端研討會。
