每日新文 | 通过拓扑优化进行粘弹性复合材料的定向阻尼设计

这篇文章主要研究了如何通过拓扑优化设计具有方向性阻尼特性的粘弹性复合材料。

1. 研究方向 ：文章提出了“方向性阻尼”的概念，并开发了一个拓扑优化模型，用于设计具有特定阻尼性能的粘弹性复合材料。

2. 优化结果 ：通过优化，得到了在规定方向上具有更高损耗因子的微观结构设计，比传统的各向同性设计表现更优。

3. 生物启发 ：优化后的微观结构与自然界中啄木鸟喙的波浪形“缝合”线相似，这种结构在能量吸收方面表现出色。

4. 实验验证 ：通过数值模拟和实验，验证了方向性阻尼设计在减少峰值响应方面的优越性。

5. 应用示例 ：文章还展示了一个无气轮胎的设计概念，这种轮胎利用了优化的单元格微观结构，以提高承载能力和减震性能。

6. 拓扑优化 ：文章详细介绍了拓扑优化的公式和数值实现，以及如何通过优化方法获得具有目标有效刚度和阻尼属性的复合材料。

7. 研究意义 ：这项研究不仅在理论上提出了新的设计方法，而且在实际应用中展示了其潜力，特别是在振动控制和噪声降低领域。

具有所需阻尼性能的建筑功能材料的设计是学术研究和工业应用都非常感兴趣的话题。这项研究研究了粘弹性复合材料的“定向阻尼”概念，并开发了一个拓扑优化框架来实现定向阻尼设计。通过在施加刚度约束的同时最大化损耗因子，可以获得在指定方向上具有承载能力和主导阻尼的微结构。优化的定向阻尼微结构设计在指定方向上的损耗因子比各向同性设计高 1.8 倍。研究发现，弯曲粘弹性条的优化配置类似于啄木鸟喙部的波浪“缝合”线，具有出色的能量吸收性能。我们还通过微结构复合材料的数值模拟和实验验证了定向阻尼设计的优越性。实验结果表明，与各向同性设计相比，定向阻尼设计的峰值响应显着降低。为了展示优化的晶胞微观结构的应用潜力，通过数值模拟和实验设计并验证了一种新颖的概念性无气轮胎，该轮胎具有更高的刚度和减震性能。