Seismic metasurfaces: Sub-wavelength resonators and Rayleigh wave interaction

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作者
D. J. Colquitt,Andrea Colombi,Richard V. Craster,Philippe Roux,Sébastien Guenneau
出处
期刊:Journal of The Mechanics and Physics of Solids [Elsevier BV]
卷期号:99: 379-393 被引量:192
标识
DOI:10.1016/j.jmps.2016.12.004
摘要

We consider the canonical problem of an array of rods, which act as resonators, placed on an elastic substrate; the substrate being either a thin elastic plate or an elastic half-space. In both cases the flexural plate, or Rayleigh surface, waves in the substrate interact with the resonators to create interesting effects such as effective band-gaps for surface waves or filters that transform surface waves into bulk waves; these effects have parallels in the field of optics where such sub-wavelength resonators create metamaterials, and metasurfaces, in the bulk and at the surface respectively. Here we carefully analyse this canonical problem by extracting the dispersion relations analytically thereby examining the influence of both the flexural and compressional resonances on the propagating wave. For an array of resonators atop an elastic half-space we augment the analysis with numerical simulations. Amongst other effects, we demonstrate the striking effect of a dispersion curve that transitions from Rayleigh wave-like to shear wave-like behaviour and the resultant change in displacement from surface to bulk waves.

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