基于准二维各向异性亚波长结构的宽带声隐身机理与特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11604153
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    22.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2301.线性与非线性声学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

According to effective medium theory and acoustic parameters of materials already known, the ideal acoustic parameters of invisible cloak required by coordinate transformation or other design approaches are difficult to realize with broadband subwavelength structures. For simplifying the fabrication of the broadband cloak, the researchers usually keep the refractive index the same as required by the coordinate transformation and properly modulate the acoustic impedance. This measure will lead to impedance mismatch. And in the design of the free space cloak, extreme parameters are often involved and the operating band width is very limited. In this project, we deal with the problem of impedance mismatch for acoustic invisibility near sound hard boundaries and the problem of operating band width of the free space cloak, use the special acoustic features of three dimensional structures in two dimensional waveguides and multi-physics coupling method to broaden the range of realizable effective parameters with metamaterials, and explore the possibility of obtaining the ideal broadband cloak. The related methods for improving the performance of the invisible cloak will be compared, and the parameter dependency of the designed structures will be analyzed in detail. Combing the corresponding results, we will build optimized coordinate transformation model and acoustic scattering model, improve and supplement the existing cloaking theory, develop more flexible design methods for two dimensional cloak, and provide some inspirations and techniques for realizing ideal three dimensional cloak and other novel devices based on acoustic subwavelength structures.
根据等效介质理论和已知材料参数,用现有的亚波长结构难以实现宽带斗篷设计中坐标变换等方法所要求的理想声学参数。目前相关工作中普遍采取的措施是维持坐标变换所要求的折射率不变,适当调制声阻抗以简化声学参数,这会导致阻抗失配。并且在自由场隐身斗篷的设计中还常常牺牲了工作带宽或采用了难以实现的材料参数。本项目针对刚性边界附近的宽带斗篷介质中阻抗失配以及自由场斗篷的工作带宽等问题,提出利用三维结构在二维波导内的特殊声学性质,并结合热声耦合等多物理耦合方法,拓展声学超材料所能实现的参数范围,在此基础上探索理想宽带斗篷的实现;对改进隐身效果的相关方案展开研究,详细分析所设计结构的参数依赖关系,结合相应的结果建立更优的坐标变换模型以及声散射模型,改进与补充已有理论,探索更灵活的二维斗篷设计方法,为实现理想三维斗篷以及其他基于声亚波长结构的新型器件提供一些思路和方法。

结项摘要

随着近年来的声人工结构领域的快速发展,多种新型声隐身方案被相继提出,由于这些方案提供了能使声波绕开散射体而不产生散射的可能性,在国际上得到了广泛的关注。但目前亚波长人工结构还难以实现这些设计所要求的理想参数,研究者常在实际制备时被迫采用简化参数或牺牲工作带宽的折衷措施,这会弱化装置应对主动探测的能力,限制其应用前景。本项目针对这一问题,通过研究准二维结构在低频极限下声学特性对其几何参数和温度等物理参数的依赖关系,提出一种准二维各向异性材料参数的独立调制方法,拓宽了其所能实现的声学参数范围,设计出各向异性声透明介质,并应用于宽带声隐身。在自由场中分别基于坐标变换和散射消除两种不同的宽带隐身设计方法,设计了特定方向的宽带声隐身和散射消除型的全方向隐身,提出了不同情况下对隐身结构及隐身效果的评估方法与参数指标,建立了相应的实验系统对所制备的装置进行了实验测定与评估。结果表明利用各向异性透明介质可以在给定方向产生较理想的宽带隐身效果,而散射消除型声隐身能对波长尺度的物体实现全方向隐身,两种方案都可在较宽带宽内将散射截面降低一个数量级以上。能在给定路径上引导声波的能力使这两种设计在声波操控以及宽带声隐身等应用中具有重要价值。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Three-dimensional broadband acoustic illusion cloak for sound-hard boundaries of curved geometry.
用于弯曲几何形状的声音硬边界的三维宽带声学错觉斗篷
  • DOI:
    10.1038/srep36936
  • 发表时间:
    2016-11-11
  • 期刊:
    Scientific reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Kan W;Liang B;Li R;Jiang X;Zou XY;Yin LL;Cheng J
  • 通讯作者:
    Cheng J
Ultra-transparent media with anisotropic mass density for broadband acoustic invisibility
具有各向异性质量密度的超透明介质,可实现宽带声隐形
  • DOI:
    10.1063/1.5002741
  • 发表时间:
    2017-11
  • 期刊:
    Applied Physics Letters
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Kan Weiwei;Shen Zhonghua
  • 通讯作者:
    Shen Zhonghua
A broadband low-reflection bending waveguide for airborne sound
用于空气传播声音的宽带低反射弯曲波导
  • DOI:
    10.1063/1.4986510
  • 发表时间:
    2017-06-19
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Kan, Weiwei;Liang, Bin;Cheng, Jianchun
  • 通讯作者:
    Cheng, Jianchun
Broadband unidirectional invisibility for airborne sound
空气传播声音的宽带单向隐形
  • DOI:
    10.1063/1.5019771
  • 发表时间:
    2018-05-14
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Kan, Weiwei;Guo, Mengping;Shen, Zhonghua
  • 通讯作者:
    Shen, Zhonghua

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其他文献

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基于多组元动态耦合声学结构的宽带隐身机理与特性研究
  • 批准号:
    11974186
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    62 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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