Návrh aktivních laditelných akustických metamateriálů a metapovrchů
Loading...
Date
2014-8-1
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Předkládaná disertační práce je zaměřena na základní výzkum návrhových metod a základních vlastností aktivních akustických a mechanických metamateriálů a dále na výzkum metod pro aktivní řízení jejich parametrů v proměnných provozních podmínkách. Akustické laditelné (aktivní) metamateriály jsou realizovány jako vrstvené kompozitní skořepiny s piezoelektrickými prvky. Mechanické laditelné (aktivní) metamateriály jsou realizovány jako objemové piezoelektrické prvky. Aktivního řízení jejich akustické impedance nebo mechanických vlastností je pak docíleno připojením piezoelektrické části metamateriálu k aktivnímu elektrickému jednobranu se záporným impedančním měničem nebo digitální syntetické impedanci. Cílem disertační práce je docílení extremálních hodnot akustické impedance či tuhosti materiálu, tj. nulových, nekonečných či záporných, a studium podmínek, za kterých je možné těchto hodnot dosáhnout. Budou studovány metody řízení zvukového pole a toku akustických energií při průchodu metapovrchem a ve volném prostoru. Bude studována stabilita akustických vlastností metapovrchů v proměnných provozních podmínkách a bude aplikován algoritmus adaptivního řízení pro zvýšení této stability.V závěru práce budou výše uvedené studie aplikovány na problematiku obecné manipulace s akustickou vlnou na rozhraní v souladu se zobecněným Snellovým zákonem. Na vybraném případu odklonu vlny bude studován návrh aktivních akustických metapovrchů pro řízení amplitudy a fáze akustického přenosu.
The Dissertation focuses is focused on a basic research of design methods and fundamental properties of active acoustic and mechanical metamaterials and on a research of method for active control of their parameters in changing operational conditions.Acoustic tunable (active) metamaterials will be constructed as multilayer composite shells with piezoelectric elements. Mechanical tunable (active) metamaterials will be realized as bulk piezoelectric elements. Active control of their acoustic impedance or mechanical properties will be achieved by connecting the piezoelectric elements to active electric shunt circuits with negative impedance converters or digital synthetic impedance.The aim of the dissertation is to achieve extreme values of acoustic impedance or material stiffness, ie zero, infinite or negative, and to study conditions under whis is possible to achive such values. Methods to control the sound field and to control the propagation of the acoustic energy through the metasurface will be analyzed. The stability of acoustic properties of metasurfaces in changing operational conditions will be studied and an adaptive control algorithm will be adapted to increase the such stability.Finally, the above studies will be applied to the issue of general manipulation of the acoustic wave at the interface in accordance with the generalized Snell's law. On the selected case of beam stearing the design of active acoustic metasurfaces for control of amplitude and phase of acoustic transmission coeficient will be studied.
The Dissertation focuses is focused on a basic research of design methods and fundamental properties of active acoustic and mechanical metamaterials and on a research of method for active control of their parameters in changing operational conditions.Acoustic tunable (active) metamaterials will be constructed as multilayer composite shells with piezoelectric elements. Mechanical tunable (active) metamaterials will be realized as bulk piezoelectric elements. Active control of their acoustic impedance or mechanical properties will be achieved by connecting the piezoelectric elements to active electric shunt circuits with negative impedance converters or digital synthetic impedance.The aim of the dissertation is to achieve extreme values of acoustic impedance or material stiffness, ie zero, infinite or negative, and to study conditions under whis is possible to achive such values. Methods to control the sound field and to control the propagation of the acoustic energy through the metasurface will be analyzed. The stability of acoustic properties of metasurfaces in changing operational conditions will be studied and an adaptive control algorithm will be adapted to increase the such stability.Finally, the above studies will be applied to the issue of general manipulation of the acoustic wave at the interface in accordance with the generalized Snell's law. On the selected case of beam stearing the design of active acoustic metasurfaces for control of amplitude and phase of acoustic transmission coeficient will be studied.
Description
Subject(s)
akustické metamateriály, aktivní metamateriály, piezoelektrické prvky, negativní impedance, řízení tuhosti, řízení fáze, Snellův zákon, acoustic metamaterials, active metamaterials, piezoelectric elements, negative impedance, stiffness control, phase control, Snell's law