Investigation on smart tunable elastic wave band-gap material play an important role in the developing of new filter, waveguide and shock isolation devices for both theoretical and applicational values. The requirements that band-gap characteristics varies with different environments and applications are developing directions for design of elastic wave band-gap materials. Both effective physical mechanism and optimization design methodology are the critical issues for the design of tunable band-gap materials. This project is amid at realizing specific tunable elastic band-gap characteristics by utilizing and controlling pattern transformation of periodic elastomeric materials. Important factors which affecting tunable band-gap character are investigated by building the relationship among geometry and material properties of microstructure, buckling load, pattern switch and tunable band-gap characteristics by both theoretical analysis and numerical stimulation. Taking advantage of both the optimization design methods for elastic wave band-gap materials and geometrically nonlinear structure experiencing snap-through behavior, the theory and methodology of optimization design for materials with specific elastic wave tunable band-gap characteristics which induced by pattern transformation is build. Then specific tunable band-gap characteristic can be realized by reasonably designing initial configurations and the corresponding buckling loads. The proposed optimization methodology and theory will provide guidence for the design of new tunable elastic wave band-gap material and devices.
智能化可调弹性波带隙材料研究对新型滤波器、波导、隔振装置以及传感器等的发展具有重要的理论和应用价值,带隙性质根据环境和应用需求灵活调节是弹性波带隙材料设计研究的发展方向。寻找有效的物理机制和优化设计方法是实现可调弹性波带隙材料设计的关键问题。本项目旨在利用和控制由弹性失稳引起的材料微结构构型变换实现弹性波带隙可调功能。通过理论分析结合数值模拟研究周期性超弹性材料微结构几何参数、材料属性、失稳载荷条件、失稳前后构型变换和材料带隙性质变化之间的关系,分析影响构型跳转和带隙性质变化的关键因素。借鉴弹性波带隙材料设计和大变形结构屈曲特性优化设计方法,建立适用于弹性波带隙性质可调的可变构型材料优化设计理论和方法,通过合理设计周期性材料微结构初始构型和失稳临界载荷实现特定带隙性质可调。所建立的优化设计理论和方法对新型可调弹性波带隙材料与器件设计具有指导意义。
根据项目的整体规划,构建了周期性弹性体材料构型变换多尺度数值分析方法,研究了基于微结构构型转换的周期性弹性体材料性能调节的分析方法;提出了基于几何非线性大变形分析的周期性材料等效分析模型,建立了基于更新拉格朗日格式的几何非线性周期性材料等效性质预测的多尺度均匀化分析方法;编制了基于商用软件的几何非线性周期性材料均匀化方法的计算程序,构建了周期性材料几何非线性大变形过程分析的有效工具;搭建实验测试平台,采用柔性增材制造技术制备多孔弹性体实验验证材料微结构构型变换;提出了具有局部增强体的双稳态结构跳跃力学特性优化设计方法,实现了结构特征系数约束下具有特定阈值力的双稳态单胞构型的精确设计,解决了目前缺乏具有特定跳跃性能的双稳态单胞结构设计工具的难题;建立了以衰减效率最大化为目标的弹性波带隙材料优化设计新模型;对结构预应力对结构振幅响应进行数值分析和实验验证。本项目对于周期性弹性体材料构型变换的分析和设计方法对于实现合理设计周期性材料的初始构型以及驱动载荷具有重要的推进作用和实践意义。
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数据更新时间:2023-05-31
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