Page 43 - 《应用声学》2023年第1期

第 42 卷 第 1 期 杨华根等： 基于弹性波超表面的 Lamb 波透射调控 39

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图 6 利用超表面实现声聚焦现象
Fig. 6 Acoustic focusing by using metasurface

此外，若根据该聚焦原理设计超表面每个单元的出 界设置为低反射边界，便于吸收边界反射，实际应
射相位，也可以实现波在任意点聚焦。 用中若有需要，也可用阻尼材料 (橡胶，橡皮泥等)
代替PML。
2 附加阻尼的弹性波超表面模拟研究
首先，为检验阻尼吸收装置的吸声效果，构造
并将该阻尼结构贴置在无超表面的铝板上进行模
上述工作证明了该超表面结构透射调控的可
行性。本节将以不破坏板结构作为前提，利用弹性 拟。同样地，采用 100 kHz 的正弦激励从板一端入
波超表面调控整块板 Lamb 波的透射 (不同于该文 射，得到波场如图 7(b) 所示。可以看出，在100 kHz
第 1 节中板 -梁的构造)。因此，在本节内容中，尝 正弦波入射时，阻尼材料对波的吸收效果较好。然
试在完整的铝板结构上设置超表面，将此结构周 后绘制板上阻尼中间位置前后两点的纵向位移 -时
期性排列，并且在板的另一侧贴置阻尼层。其中阻 间曲线，如图7(c)所示。比较图中两者峰值，可以发
尼层的横截面形状根据参考文献[27] 设置成升余弦 现阻尼对板波的吸收比例能够达到80%。
函数型，该形状的阻尼吸收效率相较于斜直线和三 最后，在上述结构中增加超表面结构，同时，为
次曲线更高，材料采用阻尼比为 0.11 的软橡胶。整 了说明阻尼吸收装置的作用，添加只贴有超表面的
体结构如图 7(a) 所示，设置劈尖型阶梯结构以方便 铝板 (无阻尼材料) 作为对照组。图 8(b) 中表明，有
将波引导至超表面结构中。薄板四周设置完美匹 吸收装置的铝板波场中有较明显的透射偏转轨迹，
配层 (Perfectly matched layer PML)，并将周围边 通过设计L = 2λ 1 并结合 GSL，得到透射角的理论