《船舶振动声学中的超材料设计理论与方法》系统介绍了作者在力学和声学超材料方面的多年研究成果，并结合船舶与海洋工程需求，阐述超材料在减振、降噪、抗爆、抗冲击及声隐身领域的应用。全书共13章，分为两大部分：第1章至第9章为第一部分，内容包括超材料设计理论与方法，给出任意泊松比、负刚度和带隙等超材料的设计理论与数值分析方法；第10章至第13章为第二部分，内容包括超材料在船舶与海洋工程领域的应用，介绍超材料及声学黑洞俘能器在舰船减振、抗爆、抗冲击和声隐身方面的应用，给出针对性的设计方法和设计示例。
《船舶振动声学中的超材料设计理论与方法》为船舶与海洋工程领域研究人员拓展专业知识、掌握振动噪声前沿新技术提供了丰富的资料。
超材料是自然界中较少见的、主要由人类发明的一系列人工设计新材料，具有超常的力、热、光、声、电及磁等物理性能，可分为力学超材料、声学超材料、弹性波超材料和电磁超材料等。由人工功能基元的设计与空间序构开发的超材料，其奇异的宏观性能来源于人工功能基元内部构型的精巧设计而非功能基元自身的材料属性。序构是指对人工设计的功能基元的堆垛和排列方式，如长短程有序、梯度有序或完全无序等，本书提出了由布拉维点阵序构理论指导功能基元的序构。序构中功能基元母材的种类不受限制，为探索具有变革性及颠覆性的高性能新材料提供了更大的空间，实现人类利用自然界现有的金属或非金属材料按照自己意愿逆向调控材料性能的梦想。超材料的创新设计技术经历了30多年的发展，大规模、大尺度超材料结构增材制造的成本也大幅降低，为超材料在船舶与海洋工程领域的广泛应用奠定了良好基础。构建超材料结构力学、声学、光学及电磁学等分析理论体系的时机逐渐成熟，作者在本书中给出了这方面的初步探索。
船舶与海洋工程结构动力学专注于海洋环境中各类舰船或人造海洋结构物，研究船舶与海洋结构物的动态载荷、振动特性、动态载荷作用下结构的振动响应，有关的分析原理、分析方法、评估准则、控制方法和振动优化设计，为改善船舶或海洋结构物在动态载荷环境中的安全及可靠性提供理论基础。各国船级社颁布的船舶及海洋结构物振动与噪声的规范，均涉及振动、碰撞、搁浅、砰击、破冰、爆炸、冲击与穿甲等问题。船舶与海洋工程结构物声学主要研究船舶的舱室噪声、环境噪声和水下辐射噪声的数值预报方法、噪声限值标准与声学设计技术等。随着人类对船舶振动和噪声舒适性提出的更高要求，针对宽频瞬态类、多噪声源、多振源问题，现有的常规材料下减振降噪措施难以满足工程应用需求，超材料的发展为解决这类问题提供了很好的途径。
本书系统介绍了作者在力学超材料和声学超材料方面的最新研究成果，并结合船舶与海洋工程需求，阐述超材料在减振、降噪、抗爆、抗冲击与声隐身等领域的应用。全书共13章，可分为两大部分。第1章至第9章是第一部分，内容包括超材料设计理论与方法，给出任意泊松比超材料、负刚度超材料和弹性波带隙超材料的设计理论与方法；第10章至第13章是第二部分，内容包括超材料在船舶与海洋工程领域的应用，介绍超材料及声学黑洞在舰船减振、抗爆、抗冲击和声隐身方面的应用。
自2011年起，博士研究生张相闻、秦浩星、李清、任晨辉、罗放、刘西安和庄曜泽，硕士研究生马涛、张梗林、吴秉鸿、夏利福、王博涵、赵业楠及毛翔等参加了书稿内容的部分研究工作。感谢美国西北大学陈卫院士对作者在机械工程系作为访问教授访学期间给予的学术指导。
书中涉及的研究获得了国家自然科学基金项目、国防科技创新特区火花项目、海洋工程国家重点实验室开放课题和海南省三亚崖州湾科技城深海科技先导创新项目的先后资助，在此深表感谢。
限于作者水平，书中难免存在不妥之处，恳请读者批评指正。
第1章 绪论
1．1 船舶与海洋结构物振动
1．1．1 振动系统的分类
1．1．2 振动方程
1．1．3 船舶与海洋结构物的流固耦合振动方程
1．2 船舶与海洋结构物噪声
1． 2．1 船舶与海洋结构物声学的基本概念
1．2．2 船舶与海洋结构物的声场
1．3 超材料及超材料结构
1． 3．1 力学超材料
1．3．2 声学超材料
1．3．3 弹性波超材料
1．3．4 超材料结构
1．4 超材料在船舶振动声学中的应用
第2章 构建振动和声学方程的基本原理及能带分析
2．1 分析力学的基本概念
2．2 分析力学的基本原理
2．2．1 虚功原理与拉格朗日方程
2．2．2 哈密顿原理
2．3 最小总势能／余能原理与达朗贝尔原理
2．4 振动方程的构建方法
2．5 构建声学方程的基本原理
2．6 声学控制方程（声学波动方程）的构建
2．6．1 声波的运动方程、连续方程和物态方程
2．6．2 声学波动方程和亥姆霍兹方程
2．7 弹性波传播的能带结构分析理论
2．7．1 布洛赫定理
2．7．2 不可约布里渊区与能带结构
2．7．3 频散关系计算的有限元法
第3章 任意泊松比超材料的设计理论与方法
3．1 材料泊松比与功能基元洎松比
3．2 超材料设计的功能基元拓扑优化法
3．2．1 超材料设计方法的分类
3．2．2 超材料设计的功能基元拓扑优化法
3．2．3 泊松比评价点的设置方法
3．2．4 任意泊松比超材料设计功能基元拓扑优化法的数学列式
3．3 负泊松比超材料的设计
3．3．1 两类拓扑基结构及三类目标函数下负泊松比超材料的设计
3．3．2 任意负泊松比超材料设计FETO法的精度
3．3．3 基于3D打印的超材料试件制作
3．3．4 负泊松比的结构模型测试验证
3．4 正泊松比超材料的设计
3．4．1 正泊松比超材料设计示例
3．4．2 超材料设计结果的提取及泊松比验证
3．4．3 正泊松比超材料承载性能的数值分析
3．5 零泊松比超材料的设计
3．5．1 基于FETO法的零泊松比超材料优化设计模型
3．5．2 零泊松比超材料优化设计示例
3．5．3 功能基元拓扑优化构型的提取与零泊松比验证
3．5．4 零泊松比超材料的力学性能分析
……
第4章 负刚度超材料设计理论与性能分析
第5章 负刚度负泊松比超材料设计及其力学性能分析
第6章 可承载的弹性波带隙超材料设计理论与方法
第7章 超材料梁与超材料板的力学和声学性能
第8章 超材料夹层圆环结构的设计与分析
第9章 超材料圆柱壳的力学与声学性能
第10章 超材料舰艇的振动与声学设计和性能分析
第11章 舰船超材料防护结构的抗爆抗冲击设计
第12章 船用声子晶体基座的设计与分析
第13章 声学黑洞及其在船舶减振降噪中的应用
参考文献
索引
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