三维晶格超材料的隔振性能及耐撞性研究

原文摘要：

      本文研究了一种新型三维（三维）晶格超材料的隔振性能和耐撞性，该材料的单元由一个空心菱形十二面体和六个圆柱管组成。由于超材料中存在带隙，可以抑制三维超材料中弹性波的传输。同时，当发生碰撞时，三维超材料可以通过塑性变形来吸收破碎能量。研究了结构参数对新型三维超材料的带隙特征和碰撞行为的影响。结果表明，结构参数在确定带隙特征和碰撞行为方面起着至关重要的作用。因此，通过合理地调整结构参数，可以获得所需的隔振性能和耐撞性。最后，从隔振性能和耐撞性等综合方面进行了多目标优化，得到了新型三维超材料的优化设计。本工作为开发具有隔振性能和耐撞性的多功能超材料提供了新的可能性。

原文总结：

该研究提出了一种新型的三维变形材料的设计，并对其振动隔离能力和耐撞性进行了全面的研究。通过多目标优化来优化变形材料，同时考虑了振动隔离和耐撞性。主要结论如下：

(1) 通过调整所提出的三维变形材料的结构参数，可以控制带隙和破坏响应，从而控制振动隔离特性和能量吸收性能。

(2) 第6和第7频带之间的带隙随着b的增加而先打开后关闭。带隙的群速度范围随着b的增加而呈现先增加后减小的趋势。频带的能量传递效率(PCF)和声能吸收效率(SEA)随着b的增加而增加。

(3) 第6和第7频带之间的带隙随着d的增加而逐渐减小。带隙的群速度范围随着d的增加而呈下降趋势。频带的能量传递效率(PCF)在d增加时先减小后增加。总体上讲，随着d的增加，声能吸收效率(SEA)的差异并不显著。

(4) 随着t的变化，群速度范围的变化相对较小。频带的能量传递效率(PCF)和声能吸收效率(SEA)随着t的增加而增加。因此，在允许的最大PCF下，更大的结构参数t更有利于实现更好的振动隔离能力和能量吸收性能。

(5) 根据帕累托前沿，三维变形材料在允许的最大PCF下，振动隔离特性和能量吸收效率之间存在一定的冲突关系。

这些结论揭示了调节三维变形材料的结构参数对其振动隔离特性和能量吸收性能的影响，为进一步优化设计提供了参考

文章来源：comsol多物理场仿真技术