近些年来,声人工结构由于其具有丰富的物理内涵与广阔的应用前景,引起了科学研究者的强烈兴趣。通过对声人工结构的设计,能够实现许多有趣的物理现象,例如声拓扑传输、负有效质量密度以及反常透射等。同时,人们希望利用声人工结构对声波的调控,获得一些具有特殊性质的声场以满足实际应用的需要。此外,声波在与物体发生相互作用时,会发生声波与物体之间的动量交换,进而对物体产生声辐射力作用。因此,人们希望利用这种力学效应对物体进行无接触式的声操控,并且通过构建特殊声场进一步丰富声操控的形式。在本文中,我们结合声人工结构对声波的调控与声场对物体的力学效应两方面,研究了二维环形声超常材料与声人工结构板对声波的调控,并利用由声人工结构板获得的特殊声场实现对物体的频率选择性操控与旋转操控。具体内容如下:1.利用声超常材料获得各向同性辐射声场声超常材料是一种具有独特性能的人工结构,为实现声波的调控提供了极大的灵活性。基于空间卷曲结构的Fabry-Pérot共振,我们设计了一种角向有效密度为零的二维环形声超常材料。利用这种环形声超常材料能够有效地对声场进行调控,在环外获得一个各向同性的辐射声场。并且,这种基于角向有效密度为零的调控机制具有很强的鲁棒性,即使环形腔结构被一个十字型障碍物所破坏,依旧能够保持其调控性能。我们在数值仿真模拟与实验中验证了这种声超常材料对声波的调控作用,获得了各向同性的柱面波。2.利用二维环形声超常材料实现声波的多极增强在二维尺度下,我们通过环形声超常材料对声波的调控,实现了声波的多极增强效应。构建以扇形结构为单元的环形声超常材料,经过严格的理论推导获得了系统中的声场分布表达式。根据声辐射阻抗理论,将声波在传播过程中出现的增强系数用声辐射阻抗进行描述。通过数值仿真模拟和实验验证,我们利用环形声超常材料实现了声波的多极增强,并且其增强系数与声辐射阻抗理论分析的结果相符。研究结果表明,通过偏心单极点源在环形声超常材料中的Mie共振即可获得多极增强的辐射声场。3.利用复合型声子晶体板实现粒子的频率选择性操控基于对声子晶体板的研究,我们利用两种不同结构的孔阵列进行组合,设计了一种具有两个共振频率的复合型声子晶体板。通过对入射波频率的选择,可以在复合型声子晶体板上激发出不同区域的局域声场,获得了随频率变化而变化的可控声场。利用局域声场对聚苯乙烯粒子的声辐射力效应,可以将粒子捕获至局域声场所处位置,从而实现对粒子的频率选择性操控。并且通过实验验证了利用复合型声子晶体板实现物体频率选择性操控的可行性。4.利用声人工结构板构造高阶涡旋束实现物体的旋转操控我们通过刻有阿基米德螺旋线结构的声人工结构板对入射的平面波进行调控,获得了高阶的贝塞尔涡旋声束,并利用涡旋声束对物体产生的声辐射力矩效应实现了对不同形状物体的旋转操控。通过分析声吸收转盘在一阶与二阶涡旋声场中所受声辐射力矩的大小,验证了声辐射力矩与涡旋声束阶数以及声场强度之间的线性关系。并且,通过实验,展示了涡旋声束对转盘、小球、小棒的旋转操控。