利用恒定与渐变轮廓的周期性起伏波导实现纵弯波模式转换
应用物理
2025-06-24 v1
摘要
波模式转换允许在材料属性或几何形状发生变化的边界处,将能量从一种传播波类型转换为另一种。在弹性力学中,将纵波转换为弯曲波备受关注,因为其具有显著的位移振幅,便于在实际应用中进行表面检测。通常,波转换器件的设计需要 (i) 使用间距远小于相关波长的局部共振结构,或 (ii) 使用其有效属性在选定频率下产生高效模式转换的架构介质。在这两种情况下,实现这些器件都可能会遇到制造困难,因此需要基于更简单设计的替代解决方案,以保留所关注的波操控能力。在本文中,我们提出使用单相周期性起伏梁来设计声子晶体,以实现纵波与弯曲波之间的波模式转换。我们使用平面波展开法推导了相应的色散关系,并证明可以使用起伏轮廓来操控纵波和弯曲波模式之间的耦合,产生具有反转群速度的模式偏转。该波转换机制得到了计算和实验的验证,两者显示出良好的一致性。我们的发现表明了一种具有高效波转换特性的声子晶体的通用设计策略,可应用于结构健康监测、传感和无损检测。
引用
@article{arxiv.2506.17656,
title = {Longitudinal-flexural wave mode conversion via periodically undulated waveguides with constant and graded profiles},
author = {Vinicius F. Dal Poggetto and Fabio Nistri and Nicola M. Pugno and Marco Miniaci and Antonio S. Gliozzi and Federico Bosia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.17656},
year = {2025}
}