Broadband water wave reflector with customisable frequency range enabled by floating metaplates

作者
Liu He,Mohamed Farhat,Hakan Bağcı,Sébastien Guenneau,Ying Wu
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:1020 被引量:1
标识
DOI:10.1017/jfm.2025.10635
摘要

Research on water wave metamaterials based on local resonance has advanced rapidly. However, their application to floating structures for controlling surface gravity waves remains underexplored. In this work, we introduce the floating metaplate, a periodic array of resonators on a floating plate that leverages locally resonant bandgaps to effectively manipulate surface gravity waves. We employ the eigenfunction matching method combined with Bloch’s theorem to solve the wave–structure interaction problem and obtain the band structure of the floating metaplate. An effective model based on averaging is developed, which agrees well with the results of numerical simulation, elucidating the mechanism of bandgap formation. Both frequency- and time-domain simulations demonstrate the floating metaplate’s strong wave attenuation capabilities. Furthermore, by incorporating a gradient in the resonant frequencies of the resonators, we achieve the rainbow trapping effect, where waves of different frequencies are reflected at distinct locations. This enables the design of a broadband wave reflector with a tuneable operation frequency range. Our findings may lead to promising applications in coastal protection, wave energy harvesting and the design of resilient offshore renewable energy systems.
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