基于材料选型的手性声学超材料带隙优化分析

摘要

[目的]旨在寻求扩大带隙频率范围,降低带隙起始频率的方法,分析并优化声学超材料的带隙。[方法]分析几何参数与材料参数对声学超材料带隙特性的影响,提出最大化带隙宽度方法。通过归一化带隙参数系数,将多目标优化问题转化为单目标优化问题。基于材料选型优化理论实现组分材料的转换,建立基于轻量化的手性声学超材料带隙参数优化方程。以六韧带手性声学超材料为例,定义散射体、韧带及包覆物等结构设计参数和材料参数为设计变量,开展声学超材料的结构参数-材料选型的综合优化。[结果]优化结果显示,带隙宽度增加了27.7%,下界频率减少了1048 Hz,初步达到了在声学超材料轻量化的基础上扩大带隙频率的目标;开展的有限长手性声学超材料结构的声传输分析验证了带隙优化方法的有效性。[结论]集成了结构参数-材料选型的综合优化可有效达到声学超材料轻量化的目标,研究成果可为新型声学超材料的设计提供技术参考。