超材料 | 利用星形单相超材料对低频超声宽带振动的抑制

学术   2024-11-15 17:24   北京  

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原文信息

中文摘要

为抑制20kHz-100kHz宽频范围内的低频超声振动,本文提出并讨论了一种具有低频超声振动衰减特性的声学超材料,其由混合弧形和尖角会聚星形晶格配置而成。通过对星形散射体的色散关系和带隙特性进行了模拟分析,优化弧形和尖角会聚晶格的几何参数以扩展目标带隙宽度。由优化的混合晶格配置的超材料通过带隙互补具有优异的宽带带隙特性。模拟结果验证,在20kHz-100kHz的频率范围内,能够实现99%的振动衰减幅度。使用3D打印技术制备了所提出的混合配置星形超材料,并进行了传输损耗实验。实验结果表明,制备的超材料在目标频率范围内具有宽带振动衰减特性,振动衰减幅度大于85%。这些结果证明,混合配置的星形超材料能够有效拓宽带隙并实现高效衰减,可在高精度设备应用中进行振动衰减。    

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原文链接

https://doi.org/10.1016/j.dt.2023.11.005

主要结论

本文将弧形和尖角星形晶格引入声学超材料,配置成一种混合结构,用于振动衰减和隔离。通过有限元分析研究了散射体的带隙生成机制,并对散射体的几何参数进行了优化,以在20kHz-100kHz的目标频率范围内开启多频带隙。结合弧形和尖角会聚结构,该超材料进一步拓宽了带隙,实现了在宽带目标频率范围内的带隙互补,并且振动衰减效率在目标频率范围内达到99%。此外,通过3D打印技术制备了混合配置星形超材料,并通过动态传输损耗实验验证了目标频率衰减幅度大于85%。由于具有高强度特性和简单的制造工艺,低频超声宽带振动衰减和高机械特性的混合配置星形超材料有望用于高精度测量设备中的振动隔离方法开发。然而,结构的振动衰减效率和轻量化特性还有待进一步提高。后续工作将优化晶格结构,开发轻量化结构并增强其稳健性,以更好地实现振动调制和弹性波操控特性。    

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编辑:陈微,曹文丽

审核:田丽



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