Journal of the Mechanics and P of S 非线性孤子螺旋在多稳定耗散超材料中诱导耦合多模动力学

文摘   2025-01-31 12:00   安徽  

在多稳态机械超材料中,孤子动力学的最新进展导致了从信号处理到机器人技术的许多创新技术。本文提出了一种由非线性耗散孤子驱动的多稳定机械超材料,其中可以实现多种运动模式的耦合和解耦。基于非对称能量景观的柱状网络,建立了朗道理论的均匀场模型。在理论计算过程中,导出了几种耗散孤子的解析解,它们允许孤立波的多种特殊行为,如波速间隙、定向传播和螺旋相变。通过将这些效果纳入机器人设计中,可以通过单一结构实现各种复杂的运动,包括跳跃、滚动、旋转、摆动、弯曲和平移组件。特别是,随着激励位置的改变,机械超材料可以在不改变配置的情况下灵活地切换多种运动模式,如旋转和无旋转、直线和倾斜以及耦合的多模运动。本研究希望为非线性弹性波超材料和相变理论在机器人技术中的应用提供一些新的启示。


本文提出了一种由螺旋相变驱动的多稳定机械超材料,它可以支持多种运动模式的耦合。在圆柱体六边形晶格的基础上,建立了一个描述多稳定旋转角耗散场的连续模型。利用朗道相变理论,导出了控制方程为非对称阻尼ϕ5+ϕ6模型,并通过扰动解耦。然后,利用雅可比椭圆函数展开式得到了耗散系统的多个孤子解。在解析和数值计算中,研究了具有非对称能量景观的多稳定势,并证明了由定向跃迁波引起的螺旋效应。通过将这些效果纳入机器人的设计中,可以实现一系列复杂的动作,如跳跃、滚动、旋转、摆动、倾斜和倾斜翻译成分。特别是,超材料可以在不改变其结构的情况下,通过调整激励位置,灵活地切换多种运动模式的耦合。在单个机器人模块中实现耦合运动增强了其在复杂工作条件下的应用。本研究希望为相变超材料和非线性孤立波在航空航天和机器人技术中的应用提供一些新的启示。





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