Материалдык дизайндын жаңы ыкмасы үндүн мейкиндикте кыймылын өзгөртө алат

Шилтемелер таблицасы

Аннотация жана 1. Киришүү

1.1 Акустикалык башкаруу үчүн полиэтилен негизиндеги метаматериал

2 Чектүү өлчөмдөгү метаматериалдарды жайбаракат микроморфтук моделдөө

2.1 Тетрагоналдык симметрия / ийкемдүү тензорлордун формасы (Войгт белгилеринде)

3 Дисперсиялык ийри сызыктар

4 Жагымсыз микроморфтук параметрлер боюнча жаңы ойлор

4.1 Бирдик клетканын көлөмдүү материалдык касиеттеринин өзгөрүшүнө карата жумшартылган микроморфтук моделдин ырааттуулугу

4.2 Бирдик клетканын өлчөмүн өзгөртүүгө карата жумшартылган микроморфтук моделдин ырааттуулугу

4.3 Бошогон микроморфтук кесүүлөр

5 Жөнөкөй микроморфтук параметрлерди орнотуу: ийриликтин жоголгон өзгөчө учуру (Curl P жана Curl P˙сиз)

5.1 Асимптоталар

5.2 Орнотуу

5.3 Талкуу

6 Жагымсыз микроморфтук параметрлерди ийрилик менен орнотуу (Curl P менен)

6.1 Асимптоттор жана 6.2 Фитинг

6.3 Талкуу

7 Жагымсыз микроморфтук параметрлерди күчөтүлгөн кинетикалык энергия менен орнотуу (Curl P˙ менен) жана 7.1 Асимптоталар

7.2 Орнотуу

7.3 Талкуу

8 Алынган жыйынтыктардын жыйындысы

9 Корутунду жана перспективалар, Ыраазычылыктар жана Шилтемелер

Тетрагоналдык симметрия классына тиешелүү эң жалпы 4-даражадагы тензор

B Curl P жок дисперсиялык ийри сызыктар үчүн коэффициенттер

C P менен дисперсиялык ийри сызыктар үчүн коэффициенттер

D P менен дисперсиялык ийри сызыктар үчүн коэффициенттер

Реферат

Биз кинетикалык энергиянын тыгыздыгында Curl P˙ термини аркылуу авторлор тарабынан мурда киргизилген жайбаракат микроморфтук моделди байытуучу инерцияны күчөткөн жайбаракат микроморфтук моделди сунуштайбыз. Бул байытылган модел дисперсиялык ийри сызыктардын жакшы жалпы шайкештигин алууга мүмкүндүк берет, ошол эле учурда терс сынуу эффекттерин козгой турган терс топ ылдамдыгы бар режимдерди сүрөттөөнүн жаңы мүмкүнчүлүгүн киргизет. Инерциянын күчөтүлгөн модели ошондой эле асимптоталардын маанилери боюнча кыскартууларга көбүрөөк эркиндик берет. Бошогон микроморфтук моделдин мурунку вариантында бир ийри сызыктын асимптотасы (басым же жылышуу) дайыма ошол эле типтеги кийинки ийри сызыктын кесилиши менен чектелет. Бул чектөө моделдин өркүндөтүлгөн версиясында мындан ары сакталбайт. Алынган ийри сызыктар жалпысынан жакшы сапатта болгону менен, бирдик клеткасынын чоңдугуна жакын болгон өтө кичинекей толкун узундуктары үчүн кемчиликсиз бир сандык келишимге жетишүү керек.

1 Киришүү

Метаматериалдар – гетерогендүү микроструктурасынын аркасында механикалык касиеттери классикалык материалдардан ашып кеткен материалдар. Алар адаттан тыш статикалык/динамикалык жоопторду көрсөтө алышат, мисалы, терс Пуассон катышы [27], түртүлүүгө же тартылууга жооп катары бурулуп же ийилип [18, 36], тилке боштуктары [28, 46, 8, 13], жаап-жашыруу [11, 31], фокустоо [20, 16], терс реакция [24], 25 25, 47], ж.б. Ар бир метаматериалдын иштөө жыштыгы негизги бирдик клеткасынын мүнөздүү өлчөмүнө жана геометриясына, ошондой эле негизги материалды тандоого катуу көз каранды. Бул макалада биз полимердик негиздеги материалды колдонуунун жана бирдик клетканын ичиндеги массаны оптималдаштырылган бөлүштүрүүнүн аркасында (1-сүрөттү караңыз) бирдик клеткасынын мүнөздүү өлчөмү сантиметр тартибинде акустикалык диапазондун кеңдигин пайда кылган лабиринттик метаматериалды сунуштайбыз.

Бул лабиринттик метаматериал менен курулган структуралардын тике чектүү элементтерин моделдөө мүмкүн эмес, анткени ар бир бирдик клетканын ичиндеги материалдын тар тилкелерин туура жабуу үчүн зарыл болгон өтө тыгыз тор. Ошентип, чыныгы инженердик долбоорлордо абдан келечектүү метаматериалдардын бул түрүн колдонуу үчүн гомогендик моделдин зарылчылыгы көрүнүп турат. Негизги материалдардын касиеттери жана алардын мейкиндикте бөлүштүрүлүшү белгилүү болгондо макроскопиялык метаматериалдын механикалык реакциясын катуу болжолдоо максатында гомогенизациянын ар кандай ыкмалары иштелип чыккан. Бул гомогенизациялык ыкмалар метаматериалдардын статикалык жана квази-статикалык режимдердеги жалпы жүрүм-турумун сүрөттөө үчүн пайдалуу экени көрсөтүлдү [6, 40, 3, 30, 21, 48, 35, 9, 12, 44, 29, 19, 22], ошондой эле, динамикалык [14, 14] 15, 4, 23, 49, 50, 51, 42, 41, 43]. Бирок, бул моделдер көбүнчө метаматериалдар менен иштөө үчүн жараксыз, анткени алар чексиз медиа үчүн жарактуу жогорулатуу ыкмаларына негизделген. Ушундан улам, чектүү өлчөмдөгү метаматериалдардын структуралары көбүнчө микроструктуралуу материалды колдонуу менен аткарылган Чектүү элементтердин симуляциялары аркылуу изилденет, мисалы [26]. Бул ыкманын терс жагы - бул эсептөө наркы тез эле туруктуу эмес болуп калат (айрыкча, бул документте көрсөтүлгөндөй бирдик клеткалар үчүн), бирок алынган таралуу схемалары абдан так. Бул чоң масштабдуу же өтө ийкемдүү геометриялык мета-структураларды изилдөө мүмкүнчүлүгүн катуу чектейт.

Бул көйгөйдү жоюу жана бул документте негизги курулуш материалы катары берилген метаматериалды колдонуу менен татаал мета-структураларды долбоорлоо мүмкүнчүлүгүн ачуу үчүн биз инерцияны күчөткөн жайбаракат микроморфтук моделди колдонууну сунуштайбыз. Бул модель биз мурда түзгөн жайбаракат микроморфтук моделге негизделген [34, 32, 17, 1, 2] жана микро бурмалоо тензорунун мейкиндик-убакыт туундуларын эсепке алуу үчүн жаңы инерция термини менен толукталды. Жагымсыз микроморфтук модель көптөгөн чексиз жана чектүү өлчөмдөгү метаматериалдардын кең тилкелүү жүрүм-турумун сүрөттөөдө өзүнүн эффективдүүлүгүн кеңири далилдеди [1, 2, 37, 38, 39] жана бул макалада буга чейин болбогон терс топтун ылдамдыгын эсепке алуу үчүн кеңейтилген. Сунушталган модель жыштыктардын чоң диапазону (биринчи тилкелик боштуктан чыккан) жана толкун сандары (бирдик клетканын өлчөмүнө жакындоо) үчүн жана жыштыктан жана масштабдан көз карандысыз түзүүчү параметрлердин чектелген саны менен таралуунун бардык багыттары үчүн лабиринттик метаматериалдын реакциясын жакшы сүрөттөй аларын көрсөтөбүз. Жаңы инерция күчөтүлгөн термин терс сынуу кубулуштары менен байланышы белгилүү болгон терс топ ылдамдыгы бар режимдерди козгоо үчүн көрсөтүлөт. Бул макалада келтирилген натыйжалар акыры кайра колдонуу үчүн акустикалык режимде серпилгичтик энергияны башкара ала турган чектүү өлчөмдөгү лабиринттик метаматериалдардын структураларынын жаңы конструкцияларын кыска мөөнөттө сунуштоого мүмкүндүк берет.

1.1 Акустикалык башкаруу үчүн полиэтилен негизиндеги метаматериал

Бул бөлүмдө биз акустикалык башкаруу үчүн метаматериалды пайда кылган жаңы бирдик клетканын дизайнын сунуштайбыз. Бул бирдик клеткасы салыштырмалуу төмөн жыштыктарда (600−2000 Гц) тилкелик боштукка жетүү үчүн иштелип чыккан, андыктан акустикалык башкаруу үчүн колдонмо максаттуу болушу мүмкүн. Каралып жаткан бирдик клетка полиэтиленден жасалган, караңыз. Таблица 1. [37, 38, 39] изилденген метаматериалдар үчүн колдонулган алюминий же титан менен салыштырганда, полиэтилен төмөнкү жыштыктарда диапазондук кубулуштардын пайда болушуна жол ачат.

Лабиринт тибиндеги геометрияны кабыл алуу аркылуу тилке боштугун андан ары төмөндөтөт, карагыла. 1-сүрөт. Бул структура тетрагоналдык симметрияны көрсөтөт жана ошону менен толук анизотроптук системага карата кыскартылган параметрлерди камтыйт. Бирдик клеткасынын тегерек борбору ичке тилкелер менен туташтырылган, бул оор борбордун оңой жылышына мүмкүндүк берет, ошентип салыштырмалуу төмөн жыштыктагы локалдык резонанстык кубулуштарды пайда кылып, кошумча өтө жумшак макро-материалдык жүрүм-турумду камсыз кылат.