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声学超材料是由亚波长尺度的结构单元构成的人工周期结构,能够实现对弹性波的超常调控,如低频带隙、低频超常吸收、平板聚焦等。结构的振动与噪声控制是工程技术领域长期关注和着力解决的热点问题之一,声学超材料理论为结构减振降噪理论研究和工程设计提供了新的原理和技术途径。 变换声学理论是声学超材料应用探索研究中发展起来的重要研究方向,基于变换声学理论能够实现声隐身斗篷、声波旋转等精细而又复杂多变的弹性波控制,极大的提高了声学超材料的设计自由度。本文结合弹性动力学理论分析、有限元仿真及实验研究,探讨了将变换声学理论引入弹性薄板超材料的设计中,控制薄板弯曲波沿任意方向弯曲传播的可行性问题;对其弹性波控制机理、影响因素及规律进行了深入分析;并实现了原理性实验验证。论文主要研究内容如下: 1、研究了将坐标变换设计引入薄板弯曲波传播控制的基本理论。分析了薄板弯曲波动力学方程在坐标变换下的形式不变性;基于连续坐标变换和有限嵌入坐标变换,推导了弯曲波斗篷和可弯曲任意角度的弯曲波声波导的设计参数公式;建立了基于多层介质理论的弯曲波斗篷和声波导设计模型。 2、基于有限元模型研究了薄板超材料弯曲波导波传播特性的影响因素及影响规律,发现了其对弯曲波传播的控制具有宽频带的特性,并对实现宽带控制的机理进行了深入揭示。 3、提出了通过调节薄板厚度,利用均匀介质设计薄板超材料弯曲波导的设计方案;制备了薄板超材料波导实验样件;实现了基于坐标变换设计的薄板超材料弯曲波传播控制的实验验证。 综上所述,本文通过理论研究、仿真分析和实验测试,论证了将坐标变换理论引入到薄板弯曲波传播控制的可行性,为薄板类结构的振动与噪声控制提供了一种全新的思路和方法,这些研究对推动声学超材料的理论研究和在减振降噪领域中的工程应用具有重要的参考价值。