基于“逆向設計”的聲學超材料幾何參數容差設計*

鐘林君 楊 揚 舒樂時

（1.華中科技大學機械科學與工程學院數字制造裝備與技術國家重點實驗室 武漢 430074）（2.華中農業大學工學院 武漢 430070）

1 引言

聲學超材料由于能夠實現對任意頻率聲波及彈性波的有效控制，具有傳統材料無法替代的性質，在聲探測、聲通信、聲隱身等方面都有重要的應用價值［1］。聲學超材料波控器件通常由大量微結構構成，量化微觀結構的尺寸與聲波響應的關系以確定允許的加工誤差范圍，是能否制備出滿足需求的材料的關鍵與難點。MILTON等［2］率先提出的五模材料（Pentamode Material，PM）是一種新型的人工聲學超材料。隨后，聚合物基五模材料［3～4］與金屬基五模材料［5～6］陸續研制成功，因金屬基五模材料與流體的力學性能相似，在水聲控制領域被廣泛接受。

常見的二維五模材料均為蜂窩結構，可通過對單胞角點施加不同質量的配重塊來調整超材料對波的響應特性，而如何量化單胞各尺寸參數與微結構性能之間的關系是五模材料制備過程中的難點。ZHAO 等［7］同時考慮力學與聲學性能，設計了一種類水五模材料微結構；HAN［8］等提出蜂窩-波紋混合的輕質夾層結構，并研究其壓縮性能，為五模材料的結構設計提供新思路。但上述研究對五模材料結構參數與性能之間的關系還沒有非常清晰的量化［9］，同時微結構的加工精度與缺陷均影響著制備出的聲學器件的性能。此外，現有的五模材料主要通過水槍切割、線切割及微細加工制備，其中，微細加工精度最高，但成本大；……