[发明专利]一种实现弹性波非对称传输的方法

说明书

本发明公开一种实现弹性波非对称传输的方法，包括如下步骤：构造有限周期结构作为传输的主体，有限周期结构具有针对某方向传输的弹性波带隙；有限周期结构两端因对周期的截断具有端部共振模式，且端部共振频率位于弹性波带隙内；改变端部构造或与外界的连接形式使端部共振频率不同，保证至少有一端共振频率仍位于弹性波带隙内；在有限周期结构的一端输入弹性波，若弹性波的频率与另一端的共振频率相同，则通过弹性波带隙传输到有限周期结构的另一端。通过一般材料构造有限周期结构，并改变该结构的端部构造或与外界的连接形式，即可使该结构的弹性波带隙内产生对应于端部共振频率的非对称传输模式，简单而高效地实现弹性波非对称传输。

技术领域

本发明涉及属于弹性波传输技术领域，具体涉及一种实现弹性波非对称传输的方法。

背景技术

弹性波被广泛用于地震探测、地质勘探、采矿、材料无损探伤、工程结构抗震抗爆、岩石动力学等领域，弹性波传输控制方法对于各类应用均至关重要。如何实现弹性波非对称传输是突破目前弹性波控制方法的关键。

但与电磁波不同，弹性波不具备天然的非互易特性，目前需要复杂的方法方可实现非对称传输。如依赖外部能量输入利用压电材料、时变材料等，破坏时间反演对称性；或依靠非线性材料改变弹性波频率以破坏时间反演对称性；亦或通过波型变换、波衍射等破坏空间反演对称性。但这些方法一般需要特殊材料及复杂的整体构造，且能量传输效率较低。这使得目前的方法应用成本很高，传输效果也受到限制，应用难度较大。

经检索发现，胡中韬、安志武的《变厚度板中弹性波的非对称传播》公开了基于兰姆波在板中的频散特性设计变厚度板结构，能够实现特定频率弹性波的非对称性传播。但仍然存在现有技术中需要采用特殊材料及复杂的整体构造，对弹性波进行非对称传播，导致传播效果受限制的技术问题，所以，目前急需仅通过相对简单的材料和构造，实现高效的弹性波非对称传输的方法。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种实现弹性波非对称传输的方法，简单而高效地实现弹性波非对称传输。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种实现弹性波非对称传输的方法，包括如下步骤：构造有限周期结构作为传输的主体，有限周期结构具有针对某方向传输的弹性波带隙；有限周期结构两端因对周期的截断具有端部共振模式，且端部共振频率位于弹性波带隙内；改变端部构造或与外界的连接形式使端部共振频率不同，保证至少有一端共振频率仍位于弹性波带隙内；在有限周期结构的一端输入弹性波，若弹性波的频率与另一端的共振频率相同，则通过弹性波带隙传输到有限周期结构的另一端。

上述技术方案中，有限周期结构具有弹性波带隙，可阻挡该频率范围内的弹性波；而有限周期结构因周期截断，使端部具有共振模式，端部共振对弹性波具有显著的放大作用，即使端部共振频率位于带隙内，与端部共振频率相同的弹性波频率仍可表现出较其他带隙内频率更显著的透过性；对端部共振频率进行改变，使两端的共振频率不同，实现了弹性波非对称传输。

进一步地，有限周期结构的周期截断，使有限周期结构具有在某些频率下仅一端共振的模式。

其中，某些频率指在有限周期结构的周期截断时，有限周期结构仅一端共振的共振频率。

进一步地，从有限周期结构的一端A输入弹性波，有限周期结构具有的弹性波带隙阻挡该频率范围内的弹性波，当弹性波的频率与有限周期结构另一端B的端部共振频率相同时，则可顺利通过弹性波带隙传输到有限周期结构B端；而从有限周期结构B端输入弹性波，有限周期结构具有的弹性波带隙阻挡该频率范围内的弹性波，当弹性波的频率与有限周期结构A端的端部共振频率相同时，则可顺利通过弹性波带隙传输到有限周期结构A端。

进一步地，通过对端部共振频率进行改变，有限周期结构A端与有限周期结构B端的共振频率不同，因此，从有限周期结构A端传至有限周期结构B端的弹性波与从有限周期结构B端传至有限周期结构A端的弹性波频率不同，实现了弹性波非对称传输。