用于声波调控的近零密度分形声学超材料

来源：振动与冲击杂志2025年第18期北京时间：

作者：唐世灏，何川，蔡景勇，陶猛tomn_in

单位：贵州大学机械工程学院，贵阳550025

摘要：高性能声波调控一直是人们所追求的重要目标。近年来，因其优异的透射性能，近零折射率材料受到了研究人员的广泛关注。本文借助自然界中的分形现象，基于皮亚诺曲线和空间卷曲理念改进设计了一阶和二阶的分形结构单元。利用数值计算方法计算了分形结构的透射系数和反射系数，通过等效参数法反演得到了分形结构的等效声学参数。结果表明，一阶和二阶分形结构分别在1456 Hz、884 Hz和1178 Hz展现出较好的近零密度特性，具备小尺度调控大波长的特点。进一步地，基于所设计的分形结构单元制作了不同的声学超材料板，实现了波前整形、声学隐身以及声学单向传输现象。最后，利用3D打印技术制作了相应的分形结构单元样品，并对样品的透射系数进行了实验测试，以评估声波在其内部的传输特性。实测结果与数值分析结果符合较好，验证了数值分析结果的准确性和结构设计的有效性。<br>

关键词：近零折射率；声学超材料；声单向传输；声隐身