[發明專利]一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法

在審

• 申請號: 202210024371.8
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114357890A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 王艷鋒;周紅濤;汪越勝;張少聰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F119/18
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 潘俊達

1.一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于，包括：

步驟一、預設聲波在水-空氣界面處高效透射的聲波頻率f；

步驟二、根據λ＝c/f，計算該聲波頻率f下聲波波長λ，其中，c為聲波在空氣中的傳播速度；

步驟三、根據聲波波長λ確定聲學超表面單元結構的尺寸，其中，聲學超表面單元結構外形為矩形，矩形的寬度為a，高度為b，可取a＝λ/8，b＝λ/20；

步驟四、采用拓撲優化方式，將聲學超表面單元結構劃分為若干個像素點，以聲波在水-空氣界面處的透射效率為優化目標，通過對劃分的每個像素點賦予不同的材料參數，然后計算單個聲學超表面單元在周期邊界條件下聲波從水到空氣的透射率；

步驟五、循環執行步驟四，調整聲學超表面單元結構中若干個像素點的材料參數分布，逐步迭代，使得計算得到的聲波從水到空氣的透射率接近為100％，從而獲得最佳的材料參數分布，所獲得的最佳的材料參數分布即為聲學超表面單元結構。

2.如權利要求1所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：所述步驟四中，所述拓撲優化方式為結構逆向設計方式，采用基于改進的遺傳算法進行結構優化，同時采用并行計算方式。

3.如權利要求1所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：所述步驟四中，所述材料參數包括固體材料和氣體材料，所述固定材料為環氧樹脂，所述氣體材料為空氣。

4.如權利要求1所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：所述步驟四中，在對單個聲學超表面單元結構優化過程中，采用上下對稱、左右對稱進行約束設置。

5.如權利要求1-4任意一項所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：在所述步驟五中，將最終獲得的聲學超表面單元結構進行周期排列，平鋪在水-空氣界面處。

6.如權利要求5所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：在所述步驟五中，將最終獲得的聲學超表面單元結構整體尺寸與對應聲波波長按照同一比例進行縮放，調節聲波高效透射的頻率，以滿足聲學超表面尺寸與高效透射波長間的尺度變化規律。

7.如權利要求1-4任意一項所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：在所述步驟五中，所述材料參數分布中，固體材料對應的聲學超表面單元結構在拓撲優化過程中為彈性體。

8.如權利要求1-4任意一項所述的一種用于增強水-空氣界面聲透射的超表面的制作方法，其特征在于：所述步驟五中，所述聲學超表面單元結構包括至少一種固體材料。