书名：弹性超材料设计与波动控制
定价：188.0
ISBN：9787508864488
作者：胡更开,刘晓宁
版次：1
出版时间：2024-09

内容提要：
超材料概念拓展了介质属性的空间，为波动、振动甚至静力学领域创新应用提供了额外的设计自由度，同时也为力学基础理论和材料设计提出了新的研究方向。经过二十余年的发展，超材料领域已形成了较为清晰的研究分支和发展趋势。本书以作者及其所在北京理工大学宇航学院波动力学实验室多年来积累的研究成果为主体，对弹性和声波超材料设计与波动控制应用领域进行了较系统全面的介绍，包括波动力学基本概念、局域共振超材料、手性超材料、模式超材料、威利斯(Willis)与主动超材料、力学拓扑超材料和变换波动控制理论等。



目录：
目录
丛书序
前言
第1章 声波/弹性超材料概述 1
1.1 超材料的起源与定义 1
1.2 声波/弹性超材料研究现状 6
1.2.1 声波超材料 6
1.2.2 弹性超材料 7
1.2.3 模式超材料 10
1.2.4 弹性拓扑绝缘体 12
1.2.5 超材料设计的动态均匀化方法 15
1.3 声波/弹性超材料的应用 17
1.3.1 变换方法 17
1.3.2 其他应用 19
参考文献 20
第2章 波动力学概念与动态等效 30
2.1 无限大体内的平面波 30
2.1.1 弹性介质中的波 30
2.1.2 能量与群速度 32
2.1.3 声学介质中的波 34
2.1.4 平面波界面传输 36
2.2 周期介质中的波 43
2.2.1 周期介质与倒格空间 43
2.2.2 弗洛凯-布洛赫变换与布洛赫波 45
2.2.3 带结构计算方法 47
2.3 介质的动态等效 53
2.3.1 传输反演方法 53
2.3.2 等效介质理论 54
2.3.3 边界积分等效方法 56
2.3.4 准静态性质 57
参考文献 58
第3章 局域谐振型弹性超材料 59
3.1 离散弹簧-质量模型 59
3.1.1 等效质量 59
3.1.2 等效刚度或模量 65
3.1.3 双负介质 68
3.1.4 能量分析 69
3.2 连续介质模型 72
3.2.1 等效负质量 72
3.2.2 等效负刚度或模量 82
3.2.3 双负弹性超材料 92
3.3 超材料在低频减振降噪中的应用 93
3.3.1 德鲁德模型隔声材料 94
3.3.2 长波条件下的波隐身设计 95
参考文献 97
第4章 手性弹性超材料 99
4.1 三维手性弹性介质 100
4.1.1 手性微极理论 100
4.1.2 各向同性手性材料 102
4.1.3 立方对称手性点阵材料 104
4.2 二维手性弹性材料 106
4.2.1 微极本构方程及均匀化 106
4.2.2 二维手性材料波动性质 114
4.3 局域共振手性超材料 117
4.3.1 材料设计与带结构分析 118
4.3.2 实验结果 124
4.4 手性双负弹性超材料 126
4.4.1 一维离散模型 126
4.4.2 二维连续模型 129
4.4.3 基于单相材料的设计与验证 132
参考文献 139
第5章 零能模式超材料 142
5.1 零能模式超材料与特性 142
5.1.1 零能模式超材料概念 142
5.1.2 五模材料波动特性与界面传输 144
5.1.3 一般零能模式超材料等频面形貌 146
5.2 理想杆系零能模式超材料 151
5.2.1 等效弹性张量 152
5.2.2 五模材料及其简单叠加 157
5.2.3 杆系点阵材料参数优化设计 161
5.2.4 杆系点阵拓扑优化设计 168
5.3 模式材料设计与应用 173
5.3.1 适用水声调控的五模材料 173
5.3.2 三维模式材料波动控制 180
参考文献 184
第6章 Willis介质与主动超材料 186
6.1 Willis介质 186
6.1.1 Willis介质及波动方程 186
6.1.2 声学Willis介质的特性 188
6.1.3 Willis介质均匀化 191
6.1.4 声学Willis介质的界面波 199
6.2 压电主动超材料 204
6.2.1 压电材料 204
6.2.2 谐振分流主动超材料 209
6.2.3 负电容分流主动超材料 213
6.3 时变超材料 216
6.3.1 时变介质简介 216
6.3.2 时变超材料的设计 217
6.3.3 周期时空调制超材料的非互易波动特性 220
6.3.4 时变周期系统的拓扑波动特性 224
参考文献 226
第7章 力学拓扑超材料 230
7.1 能带拓扑性质及分析方法 230
7.1.1 一维弹簧-质量模型 230
7.1.2 二维弹簧-质量模型 234
7.1.3 k·p微扰方法 237
7.1.4 拓扑绝缘体分类 239
7.2 弹性波谷霍尔绝缘体 240
7.2.1 蜂窝离散模型 240
7.2.2 局域共振型谷霍尔绝缘体 244
7.2.3 实验研究 249
7.3 陈绝缘体 253
7.3.1 弹簧-质量模型 253
7.3.2 连续介质边界态 257
7.4 自旋霍尔绝缘体 261
7.5 静力学拓扑现象 268
参考文献 272
第8章 变换方法与声波/弹性波调控 275
8.1 坐标变换方法 275
8.1.1 几何变换对波场作用及等价材料 275
8.1.2 变换声学 279
8.1.3 变换弹性动力学 283
8.1.4 变换电磁学及变换热力学 287
8.1.5 基于变换方法的波动功能设计 289
8.2 五模材料隐身斗篷设计 293
8.2.1 二维圆环形斗篷 293
8.2.2 五模材料斗篷微结构设计 295
8.2.3 五模材料水声隐身斗篷实验 297
8.2.4 任意形状五模材料斗篷设计 301
8.3 基于非对称超材料的弹性波调控 308
8.3.1 非对称弹性超材料机理 309
8.3.2 非对称弹性超材料微结构设计 311
8.3.3 弹性波斗篷微结构设计 315
8.3.4 超弹性材料实现非对称介质 317
8.4 水下隔声弹性超材料设计 320
8.4.1 隔声机理与方法 320
8.4.2 低阻抗承压水下隔声材料设计 323
参考文献 327
索引 329