【摘 要】
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目的: 后退波定义为能流方向与相速度方向相反的波,具有负群速度特性.用负群速度现象可以设计如声超级透镜或声隐身斗篷等特殊设备.工程应用中,需要负群速度的幅度与正群
【机 构】
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中国科学院声学研究所北京100190
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目的: 后退波定义为能流方向与相速度方向相反的波,具有负群速度特性.用负群速度现象可以设计如声超级透镜或声隐身斗篷等特殊设备.工程应用中,需要负群速度的幅度与正群速度的幅度相当.薄板中兰姆波的负群速度特性仅与材料相关,控制负群速度的手段是有限的.本研究探讨了通过改变管道内外径比值获得较大负群速度值的可能性,为将来的工程应用进行探索研究.方法: 本文采用数值模拟的方法,求解圆管中导波的频散方程,得到导波相速度和群速度频散曲线图;从图中辨别哪些模式具有后退波分支、以及后退波的负群速度幅度.在泊松比为0.333的镍管和泊松比为0.292的铁管中,分析了随管道的内外径比值变化,后退波的负群速度幅值与曲率的变化关系.结果: 分析大量数值结果可知:1.后退波的负群速度与管道的内外径比值以及泊松比相关,且负群速度幅值通常随内外径比值非单调变化.2.管道中可能存在无数多个后退波,但具有工程应用价值(即负群速度幅度与正群速度大小相当)的模式仅有少数几个.其中在厚壁(即内外径比值较小的)管道中第二阶纵波模式L(0,2)后退波分支的负群速度幅度较大,而在薄壁(即内外径比值较大的)管道中第四阶纵波模式L(0,4)具有应用潜力.3.在薄板结构中,镍板中的后退波具有最大幅度负群速度;而在空心圆管结构中,通过调节内外径比值,在铁管和镍管中都可以得到具有较大负群速度幅值的后退波.结论: 本文研究表明圆形管道中导波后退波分支的负群速度不仅与材料相关,与管道的几何结构也相关,因此可通过改变管道的内外径比值有效控制后退波负群速度的幅度.这意味着在设计利用负群速度特性的仪器时,可以不受材料选择的局限,通过调节内外径比值得到较大幅度的负群速度.
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