具有负参数的磁电弹多层结构中P-SV波的弥散特性分析

发布时间：2020-02-16 13:48

【摘要】：多层复合结构是由一种或多种单一的材料复合而成的一种人工智能结构,其具有单一相材料所不具有的特殊性能。目前主流的多层复合结构涉及到压电材料,压磁材料,甚至左手材料。文章基于电磁波在左手材料中传播时特殊的负折射现象,把智能多层复合结构与超材料的左手性质结合起来,意在构造具有负参数的电弹、磁弹以及电磁弹多层复合结构,探索弹性波在此类多层复合结构中传播时新奇的传播特性。本文重点研究了 P-SV波在具有负参数的横观各向同性多层复合结构中传播的弥散特性。主要包括负介电常数对电弹多层复合结构中P-SV波弥散特性的影响,负磁导率对磁弹多层复合结构中P-SV波弥散特性的影响以及负介电常数和/或负磁导率对电磁弹多层复合结构中P-SV波弥散特性的影响。期望能够得到P-SV波在此类结构中传播的一些特殊有意义的性质,进而以这些特殊的传播特性为基础研发一些智能声波设备,诸如传感器,制动器,快速响应器件,无损传输等。文章根据介质的三维线弹性理论,引入回传射线矩阵法(MRRM)来分析具有负参数的多层复合结构中P-SV波的弥散特性。根据回传射线矩阵法的理论列式,推导出了表征多层结构中P-SV波弥散特性的弥散方程。弥散方程是一种隐式方程,无法得到其解析解,因此我们借助Fortran语言,编写了求解弥散方程的程序语言,通过数值搜根的方法求出弥散方程的数值解。基于回传射线矩阵法,结合文中数值算例给出的数值解,绘制了表征弥散特性的各种弥散曲线,进而分析了负材料参数影响下P-SV波在各类多层复合结构中的弥散特性。最终得出一般性结论:(1)纠正一些文章关于磁导率取负值合理不合理的说法,合理不合理关键取决于材料的属性。自然界已发现的天然磁性材料皆具有正磁导率,而对于人工复合而成的左手材料则具有负磁导率。(2)对于独立的介电常数分量β11和β33,其中之一变为负值时,P-SV波表现出模态跃迁现象,而当介电常数全负时无此现象。(3)对于独立的磁导率分量μ11和μ33,其中之一变为负值时,P-SV波表现出模态跃迁现象,而当磁导率μ11和μ33全负时无此现象。(4)当β11(或μ11)变成负值而β33(或μ33)为正值时,模态向相邻的高阶模态跃迁,相反模态跃迁到相邻的低阶模态。(5)模态跃迁现象发生在特定的波数和频率,此时群速度很大,即能量传输速度很大。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB303

【参考文献】