专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 基于三重周期最小表面的同步声振隔离超材料

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-12-03 22:44

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超材料引起了广泛的关注,因为它们表现出自然界中不存在的新颖物理行为。近年来,由于三周期最小表面 (TPMS) 结构的优异性能,基于 TPMS 的建筑材料在许多领域发挥着越来越重要的作用。然而,大多数基于 TPMS 的研究都集中在单一功能上。本研究介绍了基于 TPMS 的新型超材料,旨在同时实现隔振和隔音,提供多功能解决方案。我们构建了 TPMS 结构并分析了它们的机械特性,探索了它们的拓扑和几何参数如何影响振动和声音的衰减。通过模拟和实验验证,我们证明了这些超材料可以有效地衰减特定频率范围内的声波和弹性波。这为需要结合声学和振动控制的材料提供了一种创新的设计方法。这项工作展示了通过修改结构参数来动态调整多种波类型的带隙的能力。这为开发具有定制声学和机械性能的先进多功能材料铺平了道路。此外,在这项工作的基础上,未来的研究可以侧重于改进制造工艺和研究不同的 TPMS 配置。扩大频率范围可以进一步提高这些多功能材料的稳健性和实际适用性

在本文中,我们设计并分析了具有多功能特性的TPMS机械超材料。我们的研究结果表明,这些超材料能够在特定频率范围内同时衰减声音和振动。我们的研究为该领域作出了贡献,提供了一种通过调整几何参数来定制声波和弹性波带隙的新方法。这使得设计具有定制振动隔离和声音隔绝特性的超材料成为可能。这类设计为多功能材料提供了轻便且紧凑的解决方案。

这些研究结果的应用前景广泛,尤其是在对波传播控制至关重要的领域,如噪声控制、航空航天工程以及机械系统中的振动管理。此外,通过结构性修改定制带隙的能力为未来研究探索新的TPMS结构配置提供了机会。这也有助于改进制造技术,并拓宽波衰减的频率范围。我们相信,我们的研究有效推动了先进超材料的发展,这些超材料具有多功能、可调性,并能够在多个领域内有效地控制波动行为。

然而,我们的研究也存在一些局限性。实验和仿真是在理想化条件下进行的,结果可能在不同环境下有所不同。此外,我们所探索的频率范围也有限,未来的研究可以拓宽这一范围,评估超材料在更广泛频谱上的性能。此外,制造挑战,如3D打印精度和可扩展性,可能会影响所设计的TPMS结构的实际应用。未来的研究可以集中在优化制造过程、探索不同的TPMS结构配置,并研究不同环境条件的影响,以进一步验证和改善我们的研究结果的鲁棒性。


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