2020 Fiscal Year Research-status Report
Computer simulation of double-negative acoustic metamaterial composites
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20K11848
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
寺尾 貴道 岐阜大学, 工学部, 教授 (40271647)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | メタマテリアル / 大規模シミュレーション / 弾性波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
自然界における通常の弾性体材料では、質量密度と弾性率という2種類の物性値は共に正の値をとる。音響メタマテリアルとは、その少なくともどちらか片方が負の値を示すような人工材料の総称であり、その特異な物理的性質が考察されている。上記の物性値のうち、どちらか一方だけが負の場合はシングル・ネガティブ・メタマテリアル(SN)、両者が共に負の場合はダブル・ネガティブ・メタマテリアル（DN）と呼ばれる。本研究代表者は、通常の弾性体と音響メタマテリアルの組み合わせからなる複合材料に関する研究を行っている。SN音響メタマテリアルにおいては、特定の周波数付近における振動励起が強く吸収される傾向にある事などが明らかにされている。それに対して、DN系を採用した音響メタマテリアル複合材料における弾性波の伝搬特性に関しては、未知の点が数多い。
令和2年度ではこの問題に関して、DN音響メタマテリアル多層膜における振動特性について数値的に明らかにした。一般に音響メタマテリアル多層膜における波動伝播は興味深い問題であるが、DN系に関する研究は未だ行われていなかった。また、この様な問題に関する従来の理論研究においては、主に無限系における解析が行われてきた。しかし、実験的に作成されているメタマテリアル材料は有限系である。この様な観点から、弾性波の伝搬特性に関する理論解析においては無限系ではなく有限系における伝搬特性を明らかにする事が望まれる。今年度の研究においては、DN音響メタマテリアルを含む有限系の周期的多層膜、および準周期多層膜における弾性波伝播特性について定量的に明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
現在までの進捗状況は、主に下記の通りである。(1)DN音響メタマテリアル多層膜という新たな材料において、弾性波の透過特性をより正確に計算する手法の開発に成功した。開発した手法を用いて、周期系および準周期系における弾性波の伝搬特性に関して明らかにした。その結果、DN音響メタマテリアル複合材料に特有な物理的性質について高精度な結果を得ることが可能となり、定量的な議論が可能となった。(2) 通常の弾性体とDN音響メタマテリアルでは波の伝搬特性が異なる為、異なる媒質の界面における弾性波は特異な振る舞いを示す事が期待される。本研究ではその詳細について明らかにする為、界面近傍における弾性波の示す変位について調べた。その結果、通常の弾性体の多層膜における波動伝搬とは異なる特徴が観測された。(3)上記の得られた結果に関して、2020年度に開催されたメタマテリアル国際会議（オンライン）における発表を行った。これらの結果の一部は、本国際会議におけるプロシーディングス（査読付）として公表済である。またその他の結果に関しては、現在投稿中である。
上記の結果から、本研究課題における進捗状況については、順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度以降においては、新たな性質を有する音響メタマテリアルを用いた複合材料の研究を行う。一般に音響メタマテリアルの研究においては、質量密度と弾性率という2種類の物性値の性質が重要となり、その具体的な実現方法等については理論・実験の両面から議論されている。その中では、既に知られている材料とは異なる性質を示す、新奇な音響メタマテリアルも提案されている。本研究では、このような新たな性質を有する音響メタマテリアルが組み込まれたメタマテリアル複合材料に関する研究を行う。
また、上記の様な音響メタマテリアル複合材料に関して、高次元系における弾性波の伝搬特性に関する数値的研究を行う。このような高次元メタマテリアル系における数値シミュレーションを行う上で、従来用いられている計算手法においては膨大な計算時間が必要となる事例が数多い。本研究ではこの点に関して、高次元メタマテリアル材料の解析に適した新たな計算手法の開発を行う。
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