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局部共振超材料中的瑞利波
International Journal of Mechanical Sciences ( IF 7.1 ) Pub Date : 2020-12-31 , DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106250
Farhad Zeighami , Antonio Palermo , Alessandro Marzani
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更新日期:2021-01-07
International Journal of Mechanical Sciences ( IF 7.1 ) Pub Date : 2020-12-31 , DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2020.106250
Farhad Zeighami , Antonio Palermo , Alessandro Marzani
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用于表面波控制的超材料的设计是一个新兴的研究领域,可能会影响多种技术应用,从基于表面声波(SAW)的电子设备到用于地震隔离的波障。到目前为止,关于表面波与局部共振超材料的相互作用的研究仅限于超表面的背景,即,薄的共振界面或附着在波导自由表面上的结构。在这项工作中,我们通过为共振超材料中存在的瑞利型垂直极化表面波制定原始色散关系来消除此约束。我们考虑厚度为共振层的情况耦合到非谐振半空间。为了在设置色散关系时轻松考虑谐振材料,我们提出了一种在长波长范围内有效的混合动态-静态均化方法。我们显示了瑞利表面波频谱中的带隙的存在,并将其宽度与共振超材料的负有效密度区域联系起来。我们重点介绍谐振层的厚度如何影响频率阻带和波衰减的幅度。接下来,我们导出并讨论完全共振的半空间的极限情况,即具有一定厚度的共振层 哪里 是瑞利波的波长,对于较小的 。在后一种情况下,我们证明了我们的配方正确地模拟了恢复先前配方的超颖表面。作为案例研究,我们分析了地震瑞利波跨过埋在土壤中的米级谐振器的深层屏障的传播。使用建议的分析方法对障碍进行建模。通过高保真度有限元模拟和Bloch分析,我们验证了我们的新颖发现,包括均质化方法和导出的色散关系。我们的工作扩展了超材料中机械波的知识,为研究谐振和部分谐振波导中的垂直极化表面波提供了分析框架。

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