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近十年来,通过类比电磁超材料,人们已设计出许多不同类型的声学超材料(Acoustic metamaterials,AMMS)和弹性波超材料(Elastic wave metamaterials,EMMs)。特别地,负等效参数的研究一直吸引着大量学者的关注,其中包括:负的等效质量密度、负的等效体积模量、负的等效剪切模量和负的等效折射率等。得益于这些负等效参数,声学超材料和弹性波超材料已被证实可实现反常的物理现象,以及存在诸多突破自然材料性能的潜在应用,如:负折射和亚波长成像等等。与声学超材料相比,弹性波超材料具备更多的本征参数,为实现更丰富的等效参数组合提供了更多的可能。故而,这种丰富的可能性结合拓扑优化可能会构造出全新的超材料,突破人工和经验设计的局限。本文首先在双负弹性波超材料拓扑优化结果的基础上,提出了尽可能简单的单元几何构型,使其在保留负折射特性的前提下便于实验加工。然后进行参数分析,给出优化结构,并且数值验证了超材料的负折射现象和亚波长成像。最后通过实验验证了其负折射特性。主要内容和结果包括:1.根据拓扑优化计算的结果,提出了一个初步的简化结构,利用有限元COMSOL软件计算了模型的能带结构、等频率曲线、传输谱和等效参数,并以此为根据对初步简化结构进行了进一步的简化和优化设计。分析了模型各部分几何参数对第四条能带结构、等频率曲线以及等效参数的影响。最终实现了给定频率范围内的具有超宽频率域且易加工制作的双负弹性波超材料。分析了双负弹性波超材料板的成像和像点的分辨率。讨论了不同频率、不同点源位置以及不同板宽下像点分辨率的变化情况,发现了像点分辨率呈非单调变化的特性。最后给出了20KHz下最高分辨率对应的结构几何参数。2.研究了上面设计的单相固体双负弹性波超材料负折射特性,并在实验中证实了负折射现象的存在。首先模拟计算了二维体波以及超材料板中Lamb波的负折射特性,并分析比较了不同尺寸、不同位置以及不同频率入射纵波下的负折射,给实验提供了理论指导。在实验中通过对比正负折射区域处陶瓷压电片中信号的幅值来分析负折射现象。通过对实验数据的统计处理分析,在统计学意义上证实了负折射区域的信号幅值明显地高于正折射区域的信号幅值,由此可以说明出射波主要在负折射区域传播,即双负弹性波超材料可以实现负折射。最后通过对比数值模拟的结果近似确定了负折射波的传播方向。