近年来,随着科学的发展,对自然媒质物理性能的开发已日益趋于瓶颈,人们逐渐将注意力转向人工复合材料的相关研究。人工复合材料一般具有特殊的人工微结构,这些微结构使其具备超越材料本身物理性质的超常特性,为材料科学的发展开辟了新的方向。声学人工复合介质是这类新型材料中的一种,通常由具有不同弹性性质的材料或结构组成。声波在其中的传播主要受制于人工结构的特性,表现出许多异于材料本身性质的声传播特性,如声带隙、负折射等。这极大的拓展了人们控制声波传播的手段,同时这些奇特的物理现象在工程设计中有广泛的应用前景,如高性能声学滤波器、高精度测量中隔振器件等新型声功能器件的设计。Rayleigh波和Lamb波作为广义声表面波,其传播特性能够反映材料的多种属性,如密度、均一性、微结构特性等。尤其是在合金块、合金板等构件材料的无损检测方面,声表面波具有快速、准确、高效等优点,表现出巨大的潜力。另一方面,声表面波对界面条件变化,如微小应力、温度变化、表面载荷变化等,响应非常灵敏,在微传感、精密控制等领域有着长足地发展。目前,基于声表面波技术制作的微传感器因其体积小、精度高、普适性强,在实时测量、高精度遥感等领域有着重要应用前景。本文从理论计算、数值模拟和实验分析三方面研究声波在人工复合材料中的传输过程。主要致力于讨论人工结构参数对声信号传输特性的影响,一维声子晶体晶格之间的耦合效应,复合声子晶体板中的带隙结构和二维声子晶体板的声带隙现象。第一章绪论部分简要回顾了本文相关的理论和实验研究背景,介绍了国内外在声波人工材料方面的主要研究内容、方法和进展。在第二章中,介绍了单层介质中激光超声热弹机制和求解过程中计算公式的简单推导。基于有限元法构建数值计算模型,模拟了系统中声表面波的传输过程并分析了系统的频率响应。结果表明,在低频范围内,系统中透射信号的通带截止频率主要受制于人工结构的深度。通过组合不同特性的人工结构,在工作频带内设计具有低通、高通和带通滤波效应的参数可控人工声结构,并详细讨论了人工结构参数对滤波性能的影响。在第三章中,介绍激光超声无损检测系统工作的基本原理,检测并记录了具有表面缺陷样品中声波的传播过程。从时域和频域上分析了表面缺陷对声信号传输特性的影响。研究发现一定深度的表面缺陷具有分频效应,反射信号的带宽与表面缺陷的深度成正比例关系,与第二章中理论分析结论相符。在第四章中,简单介绍通过求解晶格本征值问题获得无限周期声子晶体色散关系的计算过程。通过求解超晶格本征值问题计算系统的能带结构,详细讨论了耦合层的作用。研究发现,声波的传播受超晶格中耦合层的调制,主要体现在两个方面：一是通过破坏超晶格的周期性,减弱布拉格散射作用从而破坏超晶格禁带；二是导致超晶格中两层周期结构振动模式的重组或重构。在第五章中,介绍多层各向异性介质中激光超声热弹机制的基本原理和有限元数值模型的构建过程。基于有限元思想构建三明治型声子晶体复合板数值模型,模拟计算了其中声波的传播过程并讨论了耦合层声学性质和结构参数对样品板中声波传输谱的影响。结果表明耦合层对样品板中声波带隙的位置和带宽有巨大影响,数值结果与理论结果吻合。在第六章中,利用激光超声无损检测系统探测二维声子晶体板中声波的传输波形,通过时频变换和数学处理获得样品板中的声波传输谱。同时通过构建无限周期理论模型计算二维声子晶体板的能带结构。实验和理论结果共同显示,二维声子晶体样品板中存在声波带隙,并且散射体的周期排列方式对声波带隙的位置有巨大影响。在第七章中,对本论文的主要工作做了总结,并展望未来的研究方向和内容。本文中,结合理论计算、数值模拟和激光超声实验,系统地研究了人工复合材料中的声表面波的传输特性。研究表明,通过微结构的人工设计可以控制复合材料中声波的传播过程。在新型功能材料的研发领域,具有重要的理论和现实意义。