【摘 要】
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后退波是声波导中相速度与能流方向相反的模式波；并且在其低截止频率处,具有零群速度和有限大相速度等特性,称为零群速度模式.利用后退波的负折射率特性可控制声波的传播方式,用零群速度模式可提高无损检测灵敏度.近十年来对后退波的研究主要集中在板状波导中,但对于另一类重要的柱状波导,因其结构复杂,后退波在复杂柱状波导中的传播特性尚不明确,需要开展研究并探索其应用前景.本文回顾了国内外对后退波和零群速度模式的
【机 构】
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中国科学院声学研究所 北京100190
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后退波是声波导中相速度与能流方向相反的模式波；并且在其低截止频率处,具有零群速度和有限大相速度等特性,称为零群速度模式.利用后退波的负折射率特性可控制声波的传播方式,用零群速度模式可提高无损检测灵敏度.近十年来对后退波的研究主要集中在板状波导中,但对于另一类重要的柱状波导,因其结构复杂,后退波在复杂柱状波导中的传播特性尚不明确,需要开展研究并探索其应用前景.本文回顾了国内外对后退波和零群速度模式的理论、实验和应用研究的历史和现状.研究了特定波束穿透弹性板时产生的反向折射等现象.理论分析了空心圆管中后退波的存在数量及其分布,数值模拟了后退波的负群速度与材料和管内外径比值的关系.针对利用零群速度共振检测大尺寸输油管道的应用,结合数值模拟和模式耦合原理,讨论了充液管道中零群速度模式的存在数量、影响因素以及频散和激发强度特性.结果显示,空心圆管中后退波不仅与泊松比相关,也与管的内径和外径的比值有关；而且空心圆管中的低阶模式,如第二阶L(0,2)模式,也可具有负群速度较快的后退波分支L(0,3)b.在充液圆管中,由于液体柱中的前向传播模式与管道中后退波的强烈耦合,可产生较多数量的后退波以及零群速度模式,还可出现具有双零群速度点的后退波；这些零群速度模式可以被点源激发出来,在管壁上形成幅度较大的共振峰.由于空心圆管中的后退波现象并不罕见,可通过挑选材料或调节外径和内径的比值,在低阶模式、较低频率范围内获得具有存在频率范围宽且负群速度快的后退波,这些后退波有望用于设计新型隔声体.在大尺寸充液管道中,存在数量较多的零群速度模式、或多零群速度模式,可形成激发强度较大的零群速度共振峰,有望用于管道检测.
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