基于混合TPMS的各向异性声学超材料设计:数值仿真与拓扑优化
应用物理
2025-06-06 v1
摘要
各向异性声学超材料近年来因其能够在不同方向上操控波传播而受到广泛关注。该特性是涉及方向性波导的应用的关键因素。然而，之前提出的各向异性声学超材料在x和y周期性上的带隙具有共性，限制了其针对此类应用的有效性。因此，本工作引入了基于混合三周期最小面积(TPMS)的各向异性声学超材料，这些超材料在x和y周期性上表现出丰富的带隙和通带特征。考虑了四种设计系列:原始-原始板基、胡体-胡体板基、金刚石-金刚石板基和Nevious-Nevious板基。采用计算效率高的穷举搜索方法，以识别针对不同期望 audible 频率范围(即20 Hz至20 kHz)的最优混合超材料设计。该搜索评估了392,178个设计。最终确定的优化设计在两个周期性上均表现出显著的带隙和通带特征，因而被视为针对方向性波导应用的有前景的候选方案。例如，最优的Nevious-Nevious板基单元设计在20 Hz至5 kHz频率范围内的带隙和通带覆盖率最低为62.90%。在确定最优单元设计后，计算了由重复最优单元构成的各向异性声学超材料的声压响应。该过程考虑了两种驱动情景，即沿x和y周期性激发系统，揭示了与优化带特性相符的响应。
引用
@article{arxiv.2506.04378,
title = {Hybrid TPMS-based Designs for Anisotropic Acoustic Metamaterials: Numerical Simulation and Topology Optimization},
author = {Mohamed Shendy and Nima Maftoon and Armaghan Salehian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.04378},
year = {2025}
}
备注
26 pages, 14 figures, 2 tables