一种反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，属于振动与噪声控制领域。针对现有聚焦弹性超表面存在带宽窄且色散严重等方面的问题，本发明专利技术基于波控原理，结合变密度法提出一种实现弹性纵波聚焦的反射型宽带消色差弹性超表面的优化设计方法。本发明专利技术建立超表面单元的计算模型，建立基于传递矩阵法高效准确计算超表面单元反射系数R的方式，并基于反射系数R的实部和虚部构建用于设计产生宽带消色差聚焦弹性超表面单元的拓扑优化公式。本发明专利技术无需人工参与，能够实现按需定制，所设计的超表面单元在宽频带内具有较高的效率和精度，实现宽带消色差弹性超表面的设计。本发明专利技术尤其适用于能量采集、波感测、通信和无损检测等工程领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，属于振动与噪声控制领域。

技术介绍

1、弹性波的操控是一个重要的课题，因为其在减振、超声成像、能量收集、无损检测、结构健康检测等方面具有重要的应用。超表面由于其非凡的波前整形能力，为弹性波的操控提供了巨大的可能性。无论具体功能如何，弹性超表面设计的核心是构建具有独特折射率和阻抗的元件，以定制透射波或反射波的振幅和相移曲线。然而，由于弹性波固有的速度色散特性和传播过程中积累相的色散，大多数的弹性超表面存在较大的色差。超表面普遍存在的色差导致了带宽狭窄和功能分散的问题，限制了实际工程应用。

2、为了实现任意定制的宽带消色差功能，每个超表面单元必须在整个工作带宽内提供所需的局部幅值或相位调制。尽管光学和声学消色差处理方案已经相继提出，但弹性波的超宽带消色差处理由于其复杂的物理性质而更具挑战性。一些编码或可调超表面被提出，其通过调整子单元的配置来增加带宽。然而这些方法需要手动改变结构的几何形状或者需要外部元件来控制系统的状态，这在实际应用中很难实现，或者成本昂贵。>

3、拓扑优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤，

2.如权利要求1所述反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：步骤(2)的具体实现方法为：基于广义Snell定律，用于将入射弹性纵波聚焦在指定位置的宽带消色差超表面提供的相位分布符合下式轮廓要求，即：

3.如权利要求1所述反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：步骤(3)中，相邻的离散超表面单元之间存在宽度为1mm的空气域间隔。

4.如权利要求1所述反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：步骤(3)中，根据每个超表面单元...

【技术特征摘要】

1.一种反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：包括如下步骤，

2.如权利要求1所述反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：步骤(2)的具体实现方法为：基于广义snell定律，用于将入射弹性纵波聚焦在指定位置的宽带消色差超表面提供的相位分布符合下式轮廓要求，即：

3.如权利要求1所述反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：步骤(3)中，相邻的离散超表面单元之间存在宽度为1mm的空气域间隔。

4.如权利要求1所述反射型宽带消色差聚焦弹性超表面的优化设计方法，其特征在于：步骤(3)中，根据每个超表面单元中心位置的纵坐标y，确定其对应于步骤(2)相位轮廓中的具体数值，即目标相位值。

5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：董浩文，张垚，任志文，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：