利用非线性弹簧振子链作为声学超表面产生高次谐波

摘要

介绍了一种声学超表面的设计方法，其利用多个非线性弹簧振子链在辐射声场中产生谐波.超表面单元是由两个非线性弹簧连接的质量链，该单元具有两个谐振频率.单元振动幅度的基波和二次谐波分量通过多重尺度法求解.通过将较高的谐振频率设置为较低频率的n倍，并以较低的谐振频率激励系统，能量会从低频模式转移到高频模式.非线性引起系统内部共振并带来能量转移，这导致高频模式出现较大的振动幅度.理论与数值结果的一致性验证了该方法的有效性.对弹簧二次非线性系数、单元谐振频率和外界激励频率进行的参数调控，验证了这种非线性系统的鲁棒性.此外，有限元仿真模拟了具有更强的高次谐波传输能力的非线性超表面模型.本研究为实现非线性弹簧振子系统中的谐波提供了思路，将声学超表面的研究范围扩展到非线性动力学.

关键词

非线性超表面 / 多重尺度法 / 内部共振 / 谐波生成

基金资助

国家重点研发计划（2020YFA0211400）; 国家自然科学基金重点项目（11834008）;国家自然科学基金（12174192）; 声场声信息国家重点实验室开放课题研究基金（SKLA202410）; 中国科学院水声环境特性重点实验室开放课题（SSHJ-KFKT-1701）