每日新文 | 通过拓扑优化实现用于水下吸声的轻质耐压夹层超表面

这篇文章讨论了一种新型的水下声学材料——轻质、耐压的夹层超表面，它通过拓扑优化技术实现了优异的水下声音吸收性能。

1. 研究背景 ：水下声学材料在多个领域具有重要应用，包括海洋科学研究、水下交通工具的噪声降低和海洋环境保护。这些材料需要在水下环境中有效吸收声音，同时具备轻质和耐压的特性。

2. 设计挑战 ：传统的水下声学材料在实现低频和宽带声吸收方面存在挑战，同时还需要抵抗水下高压环境的影响，这可能会改变材料的结构和性能。

3. 研究方法 ：文章提出了一种夹层超表面设计，由两层橡胶层和中间的多孔结构层组成。通过拓扑优化，可以灵活设计多孔结构，以实现轻质、耐压和高效声吸收的目标。

4. 拓扑优化框架 ：研究者开发了基于波和有限元方法（WFEM）的拓扑优化框架，直接基于实际配置设计多孔结构，不依赖于材料均质化，以优化弹性波在结构中的传播。

5. 结果与讨论 ：通过拓扑优化得到的夹层超表面在数值计算和实验测试中显示出了低有效密度和优异的动态声学性能，以及静态耐压能力。文章还讨论了斜入射对声吸收性能的影响。