《電磁波/聲波超材料物理力學理論與多功能設計原理》是依託北京理工大學，由胡更開擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：電磁波/聲波超材料物理力學理論與多功能設計原理
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：胡更開
- 項目類別：重點項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電磁波/聲波超材料是利用微結構諧振產生特殊巨觀等效性能的一種新型功能材料，利用超材料結合功能一體化設計可以實現對波傳播的操控。為此，該項目主要包括以下三個方面的研究：(1) 電磁波/聲波超材料的物理力學表征方法；（2）電磁波/聲波超材料和結構多功能設計原理；（3）電磁波/聲波超材料設計和實驗方法。通過課題的研究為超材料功能－結構－材料一體化設計提供理論基礎。項目將首先研究電磁波/聲波超材料的解析和數值設計方法以及表征超材料的基本理論。在此基礎上，結合電磁波/聲波隱身的功能需求，通過對結構和超材料微結構設計達到對波傳播特性的控制，並進行相應的原理性實驗驗證。通過該項目研究還將設計和製備出一維聲波左手材料，並探討在Willis新彈性動力學方程框架下利用彈性波超材料對波傳播控制的方法。
結題摘要
電磁波/聲波超材料是利用微結構諧振產生特殊巨觀等效性能的一種新型功能材料，項目圍繞材料-結構-功能一體化設計來實現對波傳播的操控這一目標，經過四年的研究，在以下三個方面取得了豐富的研究成果：(1) 電磁波/聲波超材料物理力學表征方法。基於平均場方法建立了顆粒夾雜型聲波超材料的動態均勻化模型，揭示了負動態等效參數的物理實現機制；提出具有手性特徵的聲波超材料，並基於微極理論建立了該類材料的動態均勻化模型；研究了電活性聚合物和Archimedean型多級點陣周期結構的能帶特性和靜/動態等效性質；在電磁波快速數值計算方面，提出並實現了一種基於不完全LU分解的高效預處理技術，並結合Krylov子空間方法成功套用於合元極技術中有限元矩陣的快速求解，用於預測複雜微結構超材料的電磁特性。（2）電磁波/聲波超材料和結構多功能設計原理。提出了基於變形理論的波傳播控制設計方法，可以對具有任意形狀、無奇異參數和準各向同性參數波控制器件進行功能設計，用於對電磁波和聲波的調控；基於局部仿射變換和變換過程的能量守恆，提出了對彈性波傳播的進行控制設計的一種近似方法。（3）電磁波/聲波超材料設計和實驗方法。對電磁波隱身塗層和電磁波“黑洞”介質進行了理論設計，並利用所搭建的二維電場掃描測試裝置進行了功能的實驗驗證；設計出具有寬低頻隔聲效果的聲波超材料，並進行了隔聲性能的實驗測試；設計出同時具有負體積模量和負質量的聲波手性超材料，對負折射功能進行了數值仿真研究；設計出具有超分辨成像功能的聲波超材料，提出了基於零質量和共振遂穿效應的凋落波傳輸機制，並進行了成像功能的數值仿真和實驗驗證。通過本項目的研究，建立了電磁波/聲波超材料功能－結構－材料一體化設計理論和方法，為超材料的功能設計和套用奠定了理論基礎。項目執行期間，共發表SCI期刊論文54篇，獲得授權國家發明專利4項，獲獎4項，舉辦國際學術會議1次，培養學生42人。
