关于两相声子晶体中负等效密度与等效模量的涌现
应用物理
2019-02-26 v2
摘要
在本文中，我们报道了传统上被视为非局域共振的两相声子晶胞所具有的超材料特性，包括负及奇异等效特性。此处报道的负等效材料特性出现在远低于均匀化极限之处，因此是整体行为可接受的表征。使之成为可能的材料属性组合首先由我们所描述的一种新颖的基于水平集的拓扑优化过程揭示。该优化过程揭示，当两相晶胞中一相同时比另一相更轻且更刚时，其动态行为具有局域共振复合材料的全部伴随特征，包括在远低于均匀化极限处出现负等效特性。我们利用 Craig-Bampton 分解进一步研究，并阐明这些特性通过晶胞基本内部模态振型与刚体模态之间的相互作用而涌现。通过对一维两相晶胞的显式数值计算，我们表明负等效特性仅对上述特定材料属性组合出现。此外，我们提供了支持该结论的证明。该概念也被证明适用于二维晶胞：我们展示一个由两相材料构成的适当设计的六角晶胞在适当频率区间内呈现负等效剪切模量与密度，并在该区间同时呈现负折射。本文的一个重要结论是，预期产生负特性的晶胞类别可扩展至超越经典晶胞（具有显式局域共振相的三相晶胞），将拓扑更简单的两相晶胞也包含在内。
引用
@article{arxiv.1811.04365,
title = {On the Emergence of Negative Effective Density and Modulus in 2-phase Phononic Crystals},
author = {Amir Ashkan Mokhtari and Yan Lu and Ankit Srivastava},
journal= {arXiv preprint arXiv:1811.04365},
year = {2019}
}