海洋学院硕士研究生华逸飞提出并实验实现了基于拓扑优化逆向设计的流体动力学水波隐身超结构，相关论文“Experimental topology-optimized cloak for water waves”于近日在材料物理学领域著名期刊《Materials Today Physics》（最新影响因子11.02）在线发表。

在海洋工程中，波浪是海洋结构物的主要载荷，波浪的长期冲击威胁到结构物的稳定与安全。研究调控波浪的传播，使其传播方向偏离结构物以减轻波浪载荷的不利影响，具有显著工程意义。受光学器件中基于变换光学的电磁隐身的启发，可以通过坐标变换的方式设计流体动力学超结构的空间介质参数分布来调控水波，但由此得到的水波隐身超结构需要各向异性的水深分布和变化的重力加速度，实际中难以实现。

华逸飞自2020年保研至海洋学院深造，主要从事新兴的流体动力学水波超结构方向的理论研究和算法设计。在王华萍副教授课题组，他和课题组成员共同关注领域内最新成果，并积极开展交流分享。得益于学院和课题组浓郁的学术氛围和充沛的科研资源，他找到了通过逆向设计流体动力学超结构以实现水波调控的研究思路，并通过实验得以实现。

本研究通过拓扑优化密度法逆向设计流体动力学超结构，实现对圆柱障碍物的水波隐身。流体动力学斗篷的设计优化过程如图1所示，根据目标结构物的功能设计目标函数，基于梯度对引入的密度变量进行优化，改变各个局域区域的水深，调控水波的绕射和折射联合作用，最终实现对圆柱障碍物的水波隐身。

图1 基于拓扑优化的流体动力学斗篷设计原理图

该实验在紫金港校区建工试验大厅风浪流水槽中进行，其结构装置如图2所示。实验通过波高仪对水面液高进行测量，实验结果和仿真结果均表明基于平面波入射下，该水波斗篷能够显著减少原圆柱体的散射，有效调控水波，实现对圆柱体的水波隐身。

据了解，这项研究工作中基于逆向设计实现的流体动力学水波隐身超结构，在调控水波和保护海洋结构物等领域有广泛应用前景。同时，该结构的设计方法具有普适性，可以扩展到其他功能的流体动力超结构的设计中。

文：华莲

排版编辑：王瑞琳

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