【摘 要】
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提高水声探测灵敏度是水声领域一个重要研究方向。利用声学超材料,在声传播路径上使声波发生汇聚,可提高水声探测的灵敏度。水作为重质流体,与固体结构之间极易耦合,不同液固耦合条件下的声波调控是声学超材料研究的重要内容,COMSOL是主要研究软件。本文的主要工作包括:（1）研究了液固弱耦合条件下的声波汇聚。提出一种上下表面为硬声场边界、侧面为软声场边界的水腔狭缝理论模型并利用双板-单缝结构实现;结合经验公
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提高水声探测灵敏度是水声领域一个重要研究方向。利用声学超材料,在声传播路径上使声波发生汇聚,可提高水声探测的灵敏度。水作为重质流体,与固体结构之间极易耦合,不同液固耦合条件下的声波调控是声学超材料研究的重要内容,COMSOL是主要研究软件。本文的主要工作包括:（1）研究了液固弱耦合条件下的声波汇聚。提出一种上下表面为硬声场边界、侧面为软声场边界的水腔狭缝理论模型并利用双板-单缝结构实现;结合经验公式分析双板-单缝结构耦合强弱的影响因素并选定双板材料;针对双板-单缝结构,通过有限元仿真确定双板尺寸、总结声波汇聚原理;实验验证双板-单缝结构对声波有一定的汇聚作用。（2）研究了液固强耦合条件下的声波调控。提出利用周界钳定圆形薄板的一阶共振实现水中声信号向固体结构应变信号的转化;设计固定圆环镶嵌薄板的结构实现对薄板的周界钳定约束;利用有限元仿真分析薄板厚度、半径、材料等参数对结构一阶共振的影响;实验验证该结构可通过光学方法测量薄板应变,实现水声的非电测量。（3）研究了液固气耦合条件下的声波汇聚。利用液固气两级耦合设计超材料并介绍其聚声原理;设计球形、狭缝型胞元结构实现窄带共振聚声;为扩宽工作频带,对比分析球形共振腔、狭缝型共振腔用于构建梯度线性阵列结构;制作球形梯度半径线性阵列结构,实验验证该结构具有良好的声波汇聚效果及一定的频带扩展能力。经研究,三种耦合条件下均可设计相应的超材料结构并有一定的声波汇聚与放大作用,可用于提高水声探测灵敏度。
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