超材料概念拓展了介質(zhì)屬性的空間，為波動、振動甚至靜力學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用提供了額外的設(shè)計(jì)自由度，同時也為力學(xué)基礎(chǔ)理論和材料設(shè)計(jì)提出了新的研究方向。經(jīng)過二十余年的發(fā)展，超材料領(lǐng)域已形成了較為清晰的研究分支和發(fā)展趨勢。本書以作者及其所在北京理工大學(xué)宇航學(xué)院波動力學(xué)實(shí)驗(yàn)室多年來積累的研究成果為主體，對彈性和聲波超材料設(shè)計(jì)與波動控制應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了較系統(tǒng)全面的介紹，包括波動力學(xué)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)與主動超材料、力學(xué)拓?fù)涑牧虾妥儞Q波動控制理論等。
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2004年度全國優(yōu)秀教師，2006年獲第9屆中國力學(xué)會青年科技獎,2009年享受國家政府津貼。 2015年參與獲國家自然科學(xué)二等獎，排名第三。
目錄
叢書序
前言
第1章 聲波/彈性超材料概述 1
1.1 超材料的起源與定義 1
1.2 聲波/彈性超材料研究現(xiàn)狀 6
1.2.1 聲波超材料 6
1.2.2 彈性超材料 7
1.2.3 模式超材料 10
1.2.4 彈性拓?fù)浣^緣體 12
1.2.5 超材料設(shè)計(jì)的動態(tài)均勻化方法 15
1.3 聲波/彈性超材料的應(yīng)用 17
1.3.1 變換方法 17
1.3.2 其他應(yīng)用 19
參考文獻(xiàn) 20
第2章 波動力學(xué)概念與動態(tài)等效 30
2.1 無限大體內(nèi)的平面波 30
2.1.1 彈性介質(zhì)中的波 30
2.1.2 能量與群速度 32
2.1.3 聲學(xué)介質(zhì)中的波 34
2.1.4 平面波界面?zhèn)鬏?36
2.2 周期介質(zhì)中的波 43
2.2.1 周期介質(zhì)與倒格空間 43
2.2.2 弗洛凱-布洛赫變換與布洛赫波 45
2.2.3 帶結(jié)構(gòu)計(jì)算方法 47
2.3 介質(zhì)的動態(tài)等效 53
2.3.1 傳輸反演方法 53
2.3.2 等效介質(zhì)理論 54
2.3.3 邊界積分等效方法 56
2.3.4 準(zhǔn)靜態(tài)性質(zhì) 57
參考文獻(xiàn) 58
第3章 局域諧振型彈性超材料 59
3.1 離散彈簧-質(zhì)量模型 59
3.1.1 等效質(zhì)量 59
3.1.2 等效剛度或模量 65
3.1.3 雙負(fù)介質(zhì) 68
3.1.4 能量分析 69
3.2 連續(xù)介質(zhì)模型 72
3.2.1 等效負(fù)質(zhì)量 72
3.2.2 等效負(fù)剛度或模量 82
3.2.3 雙負(fù)彈性超材料 92
3.3 超材料在低頻減振降噪中的應(yīng)用 93
3.3.1 德魯?shù)履Ｐ透袈暡牧?94
3.3.2 長波條件下的波隱身設(shè)計(jì) 95
參考文獻(xiàn) 97
第4章 手性彈性超材料 99
4.1 三維手性彈性介質(zhì) 100
4.1.1 手性微極理論 100
4.1.2 各向同性手性材料 102
4.1.3 立方對稱手性點(diǎn)陣材料 104
4.2 二維手性彈性材料 106
4.2.1 微極本構(gòu)方程及均勻化 106
4.2.2 二維手性材料波動性質(zhì) 114
4.3 局域共振手性超材料 117
4.3.1 材料設(shè)計(jì)與帶結(jié)構(gòu)分析 118
4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 124
4.4 手性雙負(fù)彈性超材料 126
4.4.1 一維離散模型 126
4.4.2 二維連續(xù)模型 129
4.4.3 基于單相材料的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證 132
參考文獻(xiàn) 139
第5章 零能模式超材料 142
5.1 零能模式超材料與特性 142
5.1.1 零能模式超材料概念 142
5.1.2 五模材料波動特性與界面?zhèn)鬏?144
5.1.3 一般零能模式超材料等頻面形貌 146
5.2 理想桿系零能模式超材料 151
5.2.1 等效彈性張量 152
5.2.2 五模材料及其簡單疊加 157
5.2.3 桿系點(diǎn)陣材料參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 161
5.2.4 桿系點(diǎn)陣拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì) 168
5.3 模式材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用 173
5.3.1 適用水聲調(diào)控的五模材料 173
5.3.2 三維模式材料波動控制 180
參考文獻(xiàn) 184
第6章 Willis介質(zhì)與主動超材料 186
6.1 Willis介質(zhì) 186
6.1.1 Willis介質(zhì)及波動方程 186
6.1.2 聲學(xué)Willis介質(zhì)的特性 188
6.1.3 Willis介質(zhì)均勻化 191
6.1.4 聲學(xué)Willis介質(zhì)的界面波 199
6.2 壓電主動超材料 204
6.2.1 壓電材料 204
6.2.2 諧振分流主動超材料 209
6.2.3 負(fù)電容分流主動超材料 213
6.3 時變超材料 216
6.3.1 時變介質(zhì)簡介 216
6.3.2 時變超材料的設(shè)計(jì) 217
6.3.3 周期時空調(diào)制超材料的非互易波動特性 220
6.3.4 時變周期系統(tǒng)的拓?fù)洳▌犹匦?224
參考文獻(xiàn) 226
第7章 力學(xué)拓?fù)涑牧?230
7.1 能帶拓?fù)湫再|(zhì)及分析方法 230
7.1.1 一維彈簧-質(zhì)量模型 230
7.1.2 二維彈簧-質(zhì)量模型 234
7.1.3 k·p微擾方法 237
7.1.4 拓?fù)浣^緣體分類 239
7.2 彈性波谷霍爾絕緣體 240
7.2.1 蜂窩離散模型 240
7.2.2 局域共振型谷霍爾絕緣體 244
7.2.3 實(shí)驗(yàn)研究 249
7.3 陳絕緣體 253
7.3.1 彈簧-質(zhì)量模型 253
7.3.2 連續(xù)介質(zhì)邊界態(tài) 257
7.4 自旋霍爾絕緣體 261
7.5 靜力學(xué)拓?fù)洮F(xiàn)象 268
參考文獻(xiàn) 272
第8章 變換方法與聲波/彈性波調(diào)控 275
8.1 坐標(biāo)變換方法 275
8.1.1 幾何變換對波場作用及等價材料 275
8.1.2 變換聲學(xué) 279
8.1.3 變換彈性動力學(xué) 283
8.1.4 變換電磁學(xué)及變換熱力學(xué) 287
8.1.5 基于變換方法的波動功能設(shè)計(jì) 289
8.2 五模材料隱身斗篷設(shè)計(jì) 293
8.2.1 二維圓環(huán)形斗篷 293
8.2.2 五模材料斗篷微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 295
8.2.3 五模材料水聲隱身斗篷實(shí)驗(yàn) 297
8.2.4 任意形狀五模材料斗篷設(shè)計(jì) 301
8.3 基于非對稱超材料的彈性波調(diào)控 308
8.3.1 非對稱彈性超材料機(jī)理 309
8.3.2 非對稱彈性超材料微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 311
8.3.3 彈性波斗篷微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 315
8.3.4 超彈性材料實(shí)現(xiàn)非對稱介質(zhì) 317
8.4 水下隔聲彈性超材料設(shè)計(jì) 320
8.4.1 隔聲機(jī)理與方法 320
8.4.2 低阻抗承壓水下隔聲材料設(shè)計(jì) 323
參考文獻(xiàn) 327
索引 329
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