توصيف المواد الخارقة المرنة المشتتة التي تنتجها التصنيع الإضافي

Sidharth Beniwal; Ranjita K. Bose; Anastasiia O. Krushynska

doi:10.3791/66898

مقالة منهجية

توصيف المواد الخارقة المرنة المشتتة التي تنتجها التصنيع الإضافي

DOI:

10.3791/66898

⸱

يونيو 28, 2024

Sidharth Beniwal¹ , Ranjita K. Bose¹ , Anastasiia O. Krushynska¹

¹Engineering and Technology Institute Groningen (ENTEG), Faculty of Science and Engineering, University of Groningen

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم استخدام البوليمرات المصنعة بشكل إضافي على نطاق واسع لإنتاج المواد الخارقة المرنة. ومع ذلك ، لا يزال السلوك اللزج المرن لهذه البوليمرات عند الترددات فوق الصوتية ضعيفا دراسة. تشير هذه الدراسة إلى بروتوكول لتقدير الخصائص اللزجة المرنة للبوليمرات المطبوعة ثلاثية الأبعاد وإظهار كيفية استخدامها لتحليل ديناميكيات المواد الخارقة.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن أن يكون السلوك اللزج المرن مفيدا في تعزيز الديناميكيات غير المسبوقة للمواد الخارقة للبوليمر أو ، على النقيض من ذلك ، التأثير سلبا على آليات التحكم في الموجات الخاصة بها. لذلك ، من الأهمية بمكان توصيف الخصائص اللزجة المرنة لمادة البوليمر الخارقة بشكل صحيح عند ترددات عملها لفهم التأثيرات اللزجة المرنة. ومع ذلك ، فإن مرونة اللزوجة للبوليمرات هي ظاهرة معقدة ، والبيانات المتعلقة بوحدات التخزين والخسارة عند الترددات فوق الصوتية محدودة للغاية ، خاصة بالنسبة للبوليمرات المصنعة بشكل مضاف. يقدم هذا العمل بروتوكولا لتوصيف الخصائص اللزجة المرنة للبوليمرات المصنعة المضافة واستخدامها في التحليل العددي للمواد الخارقة للبوليمرات. على وجه التحديد ، يتضمن البروتوكول وصفا لعملية التصنيع ، والإجراءات التجريبية لقياس الخصائص الحرارية واللزجة المرنة والميكانيكية للبوليمرات المصنعة بشكل إضافي ، ونهجا لاستخدام هذه الخصائص في محاكاة العناصر المحدودة لديناميكيات المواد الخارقة. يتم التحقق من صحة النتائج العددية في اختبارات الإرسال بالموجات فوق الصوتية. لتجسيد البروتوكول ، يركز التحليل على أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) ويهدف إلى توصيف السلوك الديناميكي لمادة خارقة بسيطة مصنوعة منها باستخدام نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) ثلاثية الأبعاد (3D). سيكون البروتوكول المقترح مفيدا للعديد من الباحثين لتقدير الخسائر اللزجة في المواد الخارقة المرنة للبوليمر المطبوعة ثلاثية الأبعاد والتي من شأنها تحسين فهم العلاقات بين المواد والخاصية للمواد الخارقة اللزجة المرنة وتحفز في النهاية استخدام أجزاء المواد الخارقة للبوليمر المطبوعة ثلاثية الأبعاد في تطبيقات مختلفة.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تكشف البوليمرات عن استجابة لزجة مرنة إلى حد أكبر أو أصغر. هذا يعني أنه بالإضافة إلى السلوك المرن الموصوف بواسطة وحدات التخزين) المرنة ، فإنها تحتوي على مكونات لزجة (فقدان). تسبب الخسائر اللزجة تأخير في تطور الإجهاد تحت الضغط المطبق والعكس صحيح. في ظل الإثارة الديناميكية ، يتم تبديد مكونات الإجهاد خارج الطور من خلال الحرارة ، وبالتالي تقليل طاقة الموجات الصوتية المنتشرة في وسط لزج مرن. يشار إلى هذه الظاهرة باسم التخميد اللزج.

تنشأ اللزوجة على المستوى الجزيئي بسبب الحركات النسبية أو الدوران المحلي للروابط في سلاسل البوليمر ، وبالتالي ، يحكمها التركيب الكيميائي وهيكل ووصلات سلاسل البوليمر. تعتمد الحركة الجزيئية على درجة الحرارة ومعدل التشوه ، مما يؤدي إلى سلوك مدفوع بدرجة الحرارة والوقت للمواد اللزجة المرنة. كل هذا يجعل مرونة اللزوجة ظاهرة معقدة بطبيعتها لها توقيع فريد لكل مادة. تتضمن إحدى الطرق الممكنة لتقريب مثل هذا السلوك نمذجة مادة لزجة مرنة كنظام ميكانيكي يتكون من نوابض (هوكين) وأدوات (نيوتنية)¹. على الرغم من أن هذا النهج يهمل تماما التركيب الجزيئي للمادة وكل تعقيدات عملية الاسترخاء الحقيقية ، إلا أنه يمكن أن يوفر نتائج كافية للبوليمرات الصلبة ذات الخسائر اللزجة المنخفضة^{نسبيا 2}.

المفتاح للحصول على نموذج ميكانيكي مناسب هو ضبط معلمات الينابيع والأواني على البيانات التجريبية لوحدات التخزين والخسارة لبوليمر لزج مرن³^،⁴^،⁵^،⁶^،⁷^،⁸. يصف هذا العمل مجموعة من الطرق لتحديد الميول اللزجة المرنة للبوليمرات المصنعة المضافة واستخدامها في توصيف ديناميكيات المواد الخارقة المرنة. من خلال هذا ، نهدف إلى سد الفجوة بين خصائص المواد والديناميكيات التي تحركها الهيكل للمواد الخارقة ، مما يتيح تصميما أكثر قوة وموثوقية للمواد الخارقة لترددات العمل المستهدفة.

المواد الخارقة المرنة هي فئة من المواد الهندسية ، وغالبا ما تكون منظمة بشكل دوري والتي يمكنها معالجة الموجات الصوتية في المواد الصلبة بطريقة غير عادية ولكن يمكن التحكم^فيها. يتم تنفيذ معالجة الموجة بشكل أساسي عن طريق تخصيص فجوات النطاق - نطاقات التردد التي يحظر فيها انتشار الموجة⁴. تخضع الديناميكيات الفريدة للمواد الخارقة المرنة لبنية مضبوطة بدقة تمثلها خلايا وحدة معقدة الشكل ، خاصة للتكوينات ثلاثية الأبعاد. غالبا ما يمكن تحقيق هذا التعقيد الهيكلي فقط باستخدام التصنيع الإضافي مما يجعل تحليل مرونة اللزوجة مناسبا بشكل خاص للمواد الخارقة المرنة المصنعة إضافة. ومع ذلك ، فقد استخدمت معظم الدراسات الحالية نماذج مفرطة في التبسيط من اللزوجة ، مثل ماكسويل¹⁰^،¹¹ أو نموذج كلفن^{فويت 11}. نظرا لأن هذه النماذج لا يمكنها وصف أي مادة لزجة مرنة^{حقيقية 2} ، لا يمكن اعتبار الاستنتاجات المستخلصة باستخدامها موثوقة. لذلك ، هناك حاجة ملحة لنماذج أكثر واقعية تكرر خصائص المواد اللزجة المرنة عند ترددات الموجات فوق الصوتية. عالجت العديد من الدراسات هذه الحاجة⁶^،⁸^،¹² وأبلغت عن قيود خطيرة على محللات العناصر المحدودة التجارية بسبب ارتفاع¹³ الحمل الحسابي ، خاصة عند التعامل مع الأشكال الهندسية المعقدة و / أو الترددات^{العالية 14} والقيود المفروضة على النظر في استرخاء معامل واحد (في الواقع ، كلا النوعين من وسط متناحي تحت الاسترخاء). يمكن لطريقة تحليل أخرى ، على سبيل المثال ، تمدد الموجة المستوية ، أن تقلل من العبء الحسابي¹⁵ ، ولكنها تتطلب وصفا تحليليا لهندسة المشتت ، مما يحد من قابليتها للتطبيق. يعالج نهج توسيع الموجة المستوية^{الممتدة 16}^،¹⁷ هذا القيد ولكنه يضيف تعقيدا حسابيا. يمكن لتوسيع موجة بلوخ¹⁸ وطرق مصفوفة النقل¹⁹ أن تنظر فقط في الهياكل الدورية ذات الأبعاد المحدودة ، والتي يمكن وصفها تحليليا. يوفر نهج العنصر الطيفي²⁰^،²¹ كفاءة حسابية ، لكن قابليته للتطبيق تقتصر على ترددات منخفضة جدا أقل من فجوة النطاق الأولى. وبالتالي ، بالإضافة إلى عدم وجود بيانات تجريبية لوحدات التخزين والخسارة في درجة حرارة الغرفة والترددات العالية (فوق 100 هرتز) ، وهي ظروف عمل شائعة للمواد الخارقة المرنة²⁰^،²²^،²³^،²⁴ ، لا يزال تحليل ديناميكياتها يمثل تحديا. يهدف هذا العمل إلى سد هذه الفجوات من خلال تلخيص التقنيات التجريبية (والعددية) لتوصيف البوليمرات اللزجة المرنة المصنعة بشكل إضافي والمواد الخارقة المرنة المصنوعة منها.

يتضح هذا النهج من خلال تحليل تناظرية مستمرة بسيطة أحادية البعد (1D) لنموذج زنبركي كتلي دوري مصنوع من بوليمر أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) شائع الاستخدام ويتم إنتاجه بواسطة نمذجة الترسيب المنصهر (FDM) ثلاثية الأبعاد الطباعة (القسم 1) ، والتي يمكن للمرء أن يحدد تجريبيا درجات حرارة التحلل والتزجج (القسم 2) واستخلاص المنحنيات الرئيسية لمعامل التخزين والخسارة في درجة حرارة الغرفة المرجعية (القسم 3). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تقدير المعامل الميكانيكية شبه الساكنة في اختبارات الشد (القسم 4) وربطها بنظيراتها الديناميكية. بعد ذلك ، يتم وصف الطريقة العددية لنمذجة الخصائص الديناميكية للمادة الخارقة (القسم 5) ، ويتم التحقق من صحة النتائج العددية التي تم الحصول عليها تجريبيا في تجارب الإرسال (القسم 6). أخيرا ، تمت مناقشة قابلية تطبيق وقيود الطرق المقترحة بناء على النتائج.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إجراء الطباعة 1. 3D لعينات البوليمر

ملاحظة: تتضمن الطباعة ثلاثية الأبعاد لعينات البوليمر على طابعة FDM ثلاثية الأبعاد مرحلة تحضيرية وعملية طباعة ومعالجة لاحقة.

إعداد النموذج
1. قم بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لعينة هندسية في أي برنامج يدعم التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) وتصديره كملف STL أو OBJ أو STEP.
  ملاحظة: بالنسبة للمواد الخارقة ، فإن البرنامج الشائع هو حزمة عناصر محدودة تجارية (COMSOL Multiphysics و Abaqus و SolidWorks وما إلى ذلك) أو مفتوحة المصدر (Elmer و MSLattice وما إلى ذلك) أو CAD (Grasshopper ، Fusion 360 ، SketchUp ، 3DMECMET ، GrabCAD ، إلخ) للأشكال الهندسية المعقدة.
2. افتح الملف الذي تم تصديره في مقسم طريقة عرض لإنشاء نموذج فعلي للطباعة ثلاثية الأبعاد استنادا إلى النموذج الرقمي الذي تم إنشاؤه. حدد إعدادات الطباعة، مثل اتجاه العينة (لتقليل الحاجة إلى الدعم)، وسرعة الطباعة ودرجة الحرارة (التي يحكمها اختيار الفتيل)، وكثافة التعبئة للأجزاء الصلبة (100٪ لعينات المواد الفوقية)، وارتفاع الطبقة، والدعم النهائي لأجزاء صداع الكحول، وما إلى ذلك.
  ملاحظة: تعتمد القيم المحددة لهذه الإعدادات على طراز طابعة ثلاثية الأبعاد ويمكن العثور عليها في الكتيبات المقابلة.
3. قم بتخزين الأشكال الهندسية المقطعة والإعدادات المحددة في ملف G-code المرسل إلى طابعة 3D من خلال اتصال شبكة أو محرك أقراص USB خارجي.
إعداد طابعة ثلاثية الأبعاد
1. قبل البدء في عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد ، قم بتنظيف سرير الطباعة بالكحول وقطعة قماش من الألياف الدقيقة.
2. ضع طبقة من المادة اللاصقة (على سبيل المثال ، مثبتات الشعر أو الغراء أو المادة اللاصقة ذات السرير الزجاجي) على منطقة سرير الطباعة حيث ستتم طباعة العينة ثلاثية الأبعاد.
3. قم بتحميل خيوط في فوهة ، وفقا لدليل الطابعة ثلاثية الأبعاد ، وتأكد من بثقها بشكل صحيح.
4. ابدأ عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد باتباع التعليمات الخاصة بالطابعة ثلاثية الأبعاد.
عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد والمعالجة اللاحقة
1. تأكد من وصول الطابعة ثلاثية الأبعاد إلى القيمة المحددة لدرجة حرارة السرير قبل بدء عملية الطباعة.
2. بمجرد الانتهاء من الطباعة ثلاثية الأبعاد ، دع درجة حرارة سرير الطباعة تنخفض إلى درجة حرارة الغرفة (RT) وقم بإزالة العينة المطبوعة ثلاثية الأبعاد بعناية.
3. قم بقص طبقة الدعم أو الحافة أو اغسلها للحصول على هيكل نهائي نظيف.

2. التحليل الحراري الوزني (TGA) ومسعر المسح التفاضلي (DSC)

ملاحظة: تتبع تقنيتا التحليل الحراري الوزني (TGA) و«كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي» بروتوكولا مشابها يتضمن تحميل العينة، وتحديد المعلمات التجريبية، وشروط الاختبار، التي تتبعها معالجة البيانات.

تحميل العينة
ملاحظة: تأكد من أن العينة في شكل مسحوق أو قطع صغيرة بحيث لا يتجاوز الوزن الإجمالي 5 مجم (حوالي نصف وزن حبة ملح الطعام).
1. افتح باب حجرة فرن TGA ، ضع وعاء العينات المصنوع من الألومنيوم / البلاتين على وعاء التوازن ، وقم بتفريغ الميزان.
2. انقل العينة إلى وعاء العينة بحذر باستخدام ملعقة.
3. سجل كتلة العينة (عادة 2-5 مجم) وأغلق باب حجرة الفرن.
المعلمات التجريبية
1. تحديد المعلمات التجريبية المحددة ، بما في ذلك نطاق درجة الحرارة ومعدل التسخين والغلاف الجوي (غاز النيتروجين).
2. حدد معلمات إضافية (على سبيل المثال، الخطوة الزمنية، معدل المنحدر) وابدأ التجربة.
الاختبارات التجريبية
1. TGA: راقب باستمرار كتلة العينة مع تغيير درجة الحرارة أو الوقت ولاحظ الاختلافات في الوزن ، والتي قد تشير إلى عمليات مثل التحلل أو الأكسدة أو الامتصاص.
2. DSC: قم بتقييم تدفق الحرارة باستمرار كدالة لدرجة الحرارة أو الوقت ولاحظ أي قمم ماص للحرارة أو طاردة للحرارة من المحتمل أن تشير إلى انتقالات الطور أو التبلور أو الذوبان أو التفاعلات الكيميائية.
جمع البيانات وتحليلها
1. قم بتصدير البيانات كملفات ثنائية "ASCII" أو MATLAB "mat" للتخطيط باستخدام أدوات مثل OriginPro و MATLAB وما إلى ذلك.
2. افحص منحنى TGA المقاس بحثا عن تغييرات الخطوة التي تشير إلى التحولات في سلوك فقدان الكتلة للعينة وتتميز بتحولات مفاجئة في منحدر المنحنى. حدد درجة الحرارة المقابلة لفقدان كتلة العينة بنسبة 5٪ كدرجة حرارة التحلل. تشير قمم منحنى القياس الحراري المشتق (DTG) إلى نقاط الحد الأقصى لمعدل فقدان الكتلة.
3. في تحليل منحنى DSC ، حدد نقاط الانعطاف التي تتميز بالتغيرات في منحدر المنحنى لأنها تعكس التغيرات في معدل تدفق الحرارة المرتبطة بتحولات الطور المختلفة التي تحدث داخل العينة. حدد درجة حرارة بداية كل نقطة انعطاف ، والتي تمثل النقطة الموجودة على محور درجة الحرارة حيث يبدأ التغيير في المنحدر. لتحديد درجة حرارة التزجج (T_g) ، تتوافق نقطة الانقلاب مع نقطة منتصف المنطقة الانتقالية حيث ينحرف المنحنى عن خط الأساس.
  ملاحظة: يضمن منحنى خط الأساس المحدد جيدا المعايرة المناسبة للأداة. إذا لم يكن خط الأساس مسطحا ، فقد يشير ذلك إلى عدم استقرار الأداة أو التعامل غير السليم مع العينة أو التلوث. تشير حدة المنحنى إلى تجانس ونقاء العينة. من الشائع استخراج البيانات من الدورة الثانية من تجارب DSC لتجنب تأثير أي شوائب أو إجهاد متبقي داخل العينة على النتائج.

3. التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) لتوصيف المواد

ملاحظة: يتضمن توصيف الخصائص اللزجة المرنة للبوليمر باستخدام محلل ميكانيكي ديناميكي تأمين عينة في أحد إعدادات الاختبار العديدة المدرجة في الجدول 1. يتضمن بروتوكول تجربة DMA الخطوات التالية.

تحضير العينة
1. قم بتصنيع عينات اختبار الشكل المكعب باستخدام مكبس ساخن أو صب أو قطع أو طباعة ثلاثية الأبعاد. تأكد من أن حواف العينة متوازية وسلسة. استخدم الورق الكاشطة إذا لزم الأمر. تجنب تكوين فقاعات الهواء في المادة.
2. ارجع إلى الجدول 2 للاطلاع على أبعاد عينة الاختبار لأربعة تكوينات اختبار.
  ملاحظة: يركز البروتوكول التالي فقط على إجراء تكوين اختبار الكابولي الفردي الذي يناسب البوليمرات (الصلبة) المطبوعة ثلاثية الأبعاد. ينطبق بروتوكول مماثل على تكوينات الاختبار الأخرى.
تجربة التصميم
1. حدد نطاق درجة حرارة الاختبار ودرجة حرارة التزجج ودرجة حرارة انصهار المادة (استنادا إلى DSC).
  ملاحظة: لضمان نتائج دقيقة ، تجنب التشغيل في درجات حرارة أعلى أو أقل بمقدار 20 درجة مئوية من نقطة التزجج الزجاجية.
2. اختر معدل تسخين 1-3 درجة مئوية / دقيقة. اختر أقل قيمة إجهاد للحصول على أفضل النتائج. تتراوح الإزاحات النموذجية بين 5 ميكرومتر و 50 ميكرومتر. عادة ما تكون نقطة البداية 10 ميكرومتر مناسبة. قم بتكوين معلمات مسح التردد ومعدل التسخين.
المعايره
1. اختر تكوين اختبار الكابولي الفردي وافصل الفرن عن طريق إزالة المشابك الموجودة على الجدران الجانبية.
2. اضبط المشبك الثابت على طول القياس اللازم (وفقا لأبعاد العينة) عن طريق إزالته وإعادة تثبيته على جهاز DMA.
  1. تأكد من إحكام ربط البراغي الموجودة على المشبك المتحرك وعدم الحركة. تأكد من أن المشبك لا يلمس المزدوجة الحرارية.
3. ابدأ عملية المعايرة لضمان أن حسابات القوة لا تتضمن وزن هندسة القياس. قم بإجراء المعايرة في كل بداية للماكينة أو مفتاح تكوين الاختبار.
لقط العينة
1. قم بفك براغي القرطاسية والمشابك القابلة للتعديل عند تنشيط وضع الركن . يشير وقوف السيارات إلى تقييد حركة المشبك القابل للتعديل لتجنب تلف الأداة أثناء التثبيت.
2. حرك عينة الاختبار من خلال جانب واحد وضعها على خيوط المشابك. استخدم مفتاح عزم الدوران لربط المشابك القابلة للتعديل ، متبوعة بالمشابك الثابتة ، بجهد كاف لحمل العينة دون دعم إضافي.
3. راجع العينة بحثا عن أي اختلال في المحاذاة.
4. للتحقق من كفاية لقط العينة ووظيفة الإجراء ، ابدأ التذبذب اليدوي. هذا يمارس قوة متغيرة على العينة دون تسجيل البيانات.
  ملاحظة: إذا ظل معامل تخزين العينة أقل من 0.1٪ (أو القوة الديناميكية أقل من 5 نيوتن) ، فإن التقنية والتثبيت يعتبران مناسبين.
إجراء القياس
1. أعد تركيب الفرن عن طريق وضعه فوق تكوين الاختبار وإدخال درجة الحرارة الأولية يدويا. افتح صمام النيتروجين السائل في دورة واحدة كاملة وانتظر 3 دقائق على الأقل بعد الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة.
2. ابدأ القياسات واتبعها على شاشة الكمبيوتر.
3. بعد الانتهاء من القياسات وعودة درجة حرارة الفرن إلى البيئة المحيطة ، أغلق صمام النيتروجين. قم بإزالة الفرن والعينة ، ولا تعيد استخدام العينة لمزيد من الاختبارات.
تحليل البيانات
1. احفظ البيانات وحدد المنحنيات وقم بتحويلها إلى درجة حرارة مرجعية باستخدام عوامل التحول المناسبة للحصول على منحنى رئيسي عند درجة الحرارة المرجعية.
2. ارسم الخواص الميكانيكية المحددة (على سبيل المثال ، معامل التخزين ، معامل الخسارة ، تان δ) مقابل تردد منحنى تراكب درجة الحرارة الزمنية (TTS). عادة ما يصور المحور الأفقي التردد على مقياس لوغاريتمي.
3. تحليل الاختلافات في الخواص الميكانيكية مع التردد.
  ملاحظة: غالبا ما تظهر مواد البوليمر الصلبة وحدات لزجة مرنة تلتزم بارتباط قانون الطاقة مع التردد المشار إليه بتغيير المنحدر على مخطط لوغاريتم. يشير تقاطع منحنيات معاملات الخسارة والتخزين إلى تردد التقاطع ، مما يشير إلى حدوث تحول في الخصائص اللزجة المرنة السائدة للبوليمر. ضمن نطاقات تردد محددة ، قد تظل الخصائص الميكانيكية للمادة مستقلة عن التردد ، أي منطقة هضبة حيث تتصرف المادة في الغالب بشكل مرن.
4. قم بتصدير البيانات كملفات ثنائية "ASCII" أو MATLAB "mat" للتخطيط باستخدام أدوات مثل OriginPro و MATLAB وما إلى ذلك.

4. اختبار الشد إلى جانب ارتباط الصورة الرقمية (DIC)

ملاحظة: تم وصف هذا البروتوكول لتشغيل نظام Q400 DIC (LIMESS Messtechnik & Software GmbH ، ألمانيا) باستخدام برنامج Istra4D.

تحضير العينة
1. قم بتصنيع عينة اختبار، وفقا للتسمية D638−14، باستخدام تقنية تصنيع المواد المضافة.
2. قم بتطبيق نمط البقع باستخدام البخاخات أو المعالجة السطحية لإنشاء سطح أملس مناسب لتحليل DIC ، مما يضمن حجم بقع مثالي يبلغ قطره 3-5 بكسل.
  
  على سبيل المثال، إذا كان عرض مجال الرؤية 80 مم ودقة الكاميرا 2000 بكسل، فسيكون الحساب كما يلي:
الإعداد التجريبي
1. قم بتركيب العينة في آلة اختبار الشد بشكل صحيح من خلال ضمان المحاذاة والإمساك المناسبين لمنع الانزلاق أثناء الاختبار.
2. قم بتوصيل جهاز DIC بالبرنامج.
3. قم بإعداد كاميرات عالية الدقة لالتقاط صور لسطح العينة. تأكد من أن الكاميرات لديها مجال رؤية كاف لالتقاط منطقة الاهتمام بأكملها.
4. قم بتكوين الإضاءة المناسبة لضمان إضاءة موحدة عبر سطح العينة. تجنب الظلال أو الوهج الذي قد يؤثر على جودة الصورة.
المعايره
1. ابدأ عملية معايرة جديدة واضبط لوحة الألوان على GrayMinMax.
2. حدد عدسة مناسبة وافتح فتحة العدسة بالكامل. اضبط وقت التعريض الضوئي (على سبيل المثال، 50 مللي ثانية) لالتقاط صور بنقاط حمراء.
3. اضبط التركيز البؤري وفتحة العدسة للحصول على الحد الأدنى من النقاط الحمراء على سطح عينة الاختبار.
4. اختر معايرة واحصل على صور المعايرة ، مما يضمن إمالة اللوحة في جميع الاتجاهات.
5. احفظ بيانات المعايرة.
اختبار تجريبي
1. التقط صورا أولية للعينة في حالتها الأصلية دون أي تحميل.
2. ابدأ في تطبيق حمل شد على العينة بمعدل متحكم فيه وفقا لمعايير الاختبار.
3. التقط صورا لسطح العينة في وقت واحد على فترات منتظمة أو بشكل مستمر طوال عملية الاختبار.
4. نقل الصور الملتقطة إلى جهاز كمبيوتر مزود ببرنامج DIC لتحليلها. استخدم البرنامج لربط الصور بين الإطارات المتتالية وتتبع إزاحة السطح والتشوهات.
التحليل والمعالجة اللاحقة
1. حدد سلسلة الصور المطلوبة من مستكشف المشروع. ابدأ تحليلا جديدا بالنقر فوق تقييم جديد وحدد اسما للتحليل.
2. اضبط معلمات التحليل (حجم الوجه، وتباعد الشبكة، وما إلى ذلك) في علامة التبويب إعدادات التقييم . اضبط تباعد الشبكة على ما يقرب من ثلث حجم الواجهة للحصول على دقة التحليل المثلى.
3. استخدم الأقنعة لتحديد مجالات الاهتمام أو الاستبعاد (المضلع 1 في الشكل 6 أ) في التحليل. تحقق من صحة البحث عن نقطة البداية في علامة التبويب نقاط البداية بالنقر فوق ابدأ. تأكد من تمييز جميع الخطوات بنصف دائرة خضراء للتعيين التلقائي.
4. ابدأ التحليل بالانتقال إلى علامة التبويب Control والنقر فوق ابدأ. راقب تقدم التحليل ، وتأكد من تمييز جميع خطوات الصورة بدائرة خضراء كاملة عند الانتهاء بنجاح.
5. قم بتحليل نتائج DIC لحساب حقول الإجهاد والإزاحة عبر سطح العينة باستخدام الوحدات المتوفرة في البرنامج. استخراج الخصائص الميكانيكية ذات الصلة مثل منحنيات الإجهاد والإجهاد ، ومعامل يونغ ، وقوة الشد القصوى ، وما إلى ذلك.
6. المعالجة اللاحقة للبيانات باستخدام التقنيات اللازمة (مثل التصفية والتنعيم) لتعزيز الدقة وسهولة القراءة.
7. تفسير النتائج لاستنتاج سلوك المواد في ظل ظروف تحميل الشد.

5. دراسات العناصر المحدودة لديناميكيات الموجة في المواد الخارقة

ملاحظة: فيما يلي وصف للإجراء القائم على العناصر المحدودة لتحليل إرسال مادة خارقة مرنة باستخدام برنامج العناصر المحدودة التجارية COMSOL Multiphysics.

إعداد النموذج
1. ابدأ باستخدام معالج النموذج لإنشاء نموذج جديد. حدد بعد الفضاء ثلاثي الأبعاد وأضف دراسة الميكانيكا الصلبة . في نافذة الدراسة، أختر دراسة مجال التردد لتحليل الإرسال.
2. حدد المعلمات ذات الصلة وقم بتعيين قيم لها ضمن علامة التبويب التعريفات العمومية . قم بإنشاء هندسة نموذج ما وراء المواد باستخدام الأدوات المتاحة. يتكون النموذج عادة من مجموعة من خلايا الوحدة المترابطة.
3. انقر بزر الماوس الأيمن فوق المكونات للوصول إلى علامة التبويب التعريفات ، ثم حدد المجسات واختر مسبار الحدود. تعيين حد على النموذج لهذا المسبار الحدودي حيث سيتم حساب خسارة الإرسال. حدد التعبير الرياضي لتقدير نسبة طاقة الموجة المرسلة إلى طاقة الدخل في هذا المسبار الحدودي على النحو التالي:
  
  حيث T هي نسبة الإرسال ، و A هي سعة الإثارة في المستوى الساقط ، و solid.uAmpZ هي مكونات الإزاحة عند مستوى الإخراج ، على طول .
4. لتجنب توليد الموجات المنعكسة الزائفة من حدود المجال ، حدد طبقة متطابقة تماما (PML) عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على علامة التبويب التعريفات وتعيين خصائص PML للكتل الهندسية المحيطة بهندسة المواد الخارقة. يجب أن يكون حجم PML كبيرا بما يكفي لتخفيف الانعكاسات غير المرغوب فيها ، عادة 2-6 أضعاف الطول الموجي للموجة الواردة. بدلا من ذلك ، لنمذجة الامتداد الدوري للوسيط ، قم بتطبيق شروط الحدود الدورية على الوجوه المتعامدة مع اتجاه الدورية وتمكين ميزة الاستمرارية .
5. قم بتعيين خصائص المواد إلى الهندسة عن طريق النقر بزر الماوس الأيمن على علامة التبويب المواد وإضافة مواد من المكتبة. بدلا من ذلك، حدد خاصية مادة فارغة تتطلب مواصفات يدوية لخصائص المواد المطلوبة.
6. ضمن علامة التبويب Component (المكون )، تقوم إعدادات الفيزياء الافتراضية بتعيين سلوك المواد المرنة الخطية للهندسة التي تم تحليلها. لدمج الخصائص اللزجة المرنة ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق علامة التبويب المواد المرنة الخطية وحدد نموذج مادة اللزوجة. يعد نموذج ماكسويل المعمم خيارا مناسبا نظرا لقدرته على الامتثال للبيانات التجريبية التي تم الحصول عليها من اختبارات DMA. أدخل الموتر المنحرف الذي تم الحصول عليه من الحساب بناء على نتائج DMA.
7. انقر بزر الماوس الأيمن فوق علامة التبويب الإزاحة المحددة وحدد جزءا من النموذج لتكون متحمسا ديناميكيا من نافذة الرسومات . تصور التحقق التجريبي من نتائج الإرسال في اختبار التقاط الملعب مع عناصر بيزو ، قم بتعيين اتساع الإزاحة خارج المستوى في الموضع المتوقع لعنصر بيزو.
8. قم بإنشاء شبكة مناسبة للنموذج الذي تم تحليله مع التزام حجم عنصر الشبكة بالقاعدة التي تنص على أنه يجب أن يكون هناك ما لا يقل عن 5-7 عناصر محدودة لحل أصغر طول موجي قيد الدراسة. قم بذلك عن طريق تحديد الشبكة يدويا أو تعيين إعدادات الشبكة التي يتم التحكم فيها بواسطة الفيزياء. تعد ميزة Swept mesh أكثر توافقا مع إعدادات PML لتحديد سلوكها الامتصاصي.
تكوين معلمات دراسة الميكانيكا الصلبة لنموذج لزج مرن
1. بالنسبة للبوليمرات الريولوجية البسيطة ، يمكن ترجمة التأثيرات الناجمة عن درجة الحرارة على الخصائص اللزجة المرنة للبوليمر مباشرة إلى تحول في النطاق الزمني من خلال تطبيق عامل تحول. اختر وظيفة shift مناسبة من القائمة المنسدلة. حدد لا شيء إذا تم أخذ تأثيرات درجة الحرارة في الاعتبار بالفعل في نتائج DMA المراد استخدامها.
2. حدد نموذجا لزجا مرنا مناسبا ، على سبيل المثال ، نموذج ماكسويل المعمم ، وهو خيار شائع للمواد اللزجة المرنة نظرا لقدرته على التقاط سلوك الاسترخاء المقاس تجريبيا. أدخل قيم الموتر المنحرف بناء على العمليات الحسابية.
3. تتضمن إحدى طرق حساب وقت الاسترخاء (τ) من نتائج DMA تحديد القيمة القصوى أو القصوى في منحنى معامل الخسارة ، والتي تتوافق مع عملية الاسترخاء في المادة. قم بتقدير التردد (f) المرتبط بهذه الذروة لحساب وقت الاسترخاء ، τ = 1 / (2πf).
4. بالنسبة للإجراء العام لتقدير معلمات البيانات التجريبية المناسبة لنموذج ماكسويل المعمم ، استخدم أداة التركيب المضمنة التي يمكن العثور عليها في علامة التبويب تقدير المعلمة . قم بإجراء الملاءمة باستخدام أداة حل التحسين التي تسمح بمقارنة التنبؤ بالنموذج الحالي مع البيانات التجريبية في الوقت الفعلي.
حساب الدراسة
1. من مكتبة الدراسة في خيار إضافة دراسة ، حدد نطاق التردد وأدخل نطاق التردد المستهدف. حدد عدد الترددات المتوسطة في نطاق التردد هذا.
2. احسب الدراسة بالضغط على زر الحوسبة .
تحليل البيانات ومعالجتها
1. بعد اكتمال الحساب ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق علامة التبويب النتائج وحدد وظيفة 1D Plot Group . انقر بزر الماوس الأيمن فوق مجموعة مؤامرة 1D التي تم إنشاؤها واختر عالمي من الخيارات.
2. في علامة تبويب بيانات المحور Y في نافذة الإعدادات ، أدخل التعبير الرياضي لفقدان الإرسال. بدلا من ذلك ، أدخل الاسم المستعار المخصص لمسبار الحدود في الخطوات السابقة.
3. اختر معلمة المحور x من القائمة المنسدلة في علامة تبويب بيانات المحور X وارسم البيانات. تحديد فجوات نطاقات التردد في المخطط كمديات تردد مع انخفاض إرسال لا يقل عن dB 10 مقارنة بالإرسال المرجعي. بعد ذلك ، قم بتصدير البيانات الأولية على شكل حصيرة أو csv واستخدم الأدوات الرسومية (على سبيل المثال ، MATLAB و Origin Pro و MS Excel وما إلى ذلك) لإنشاء مخططات لمزيد من التحليل.

6. اختبارات نقل التقاط الملعب باستخدام مقياس اهتزاز دوبلر بالليزر غير الملامس (LDV)

ملاحظة: يتضمن الإجراء التجريبي إعداد إعداد الاختبار ، واكتساب الإشارة المرسلة ، والمعالجة اللاحقة للبيانات المقاسة.

التحضير التجريبي
1. اختر مصدر إثارة مناسبا بناء على التنبؤات العددية لنطاق تردد تشغيلي.
  1. إذا تجاوزت ترددات التشغيل 75 كيلو هرتز ، فاختر محول طاقة بالموجات فوق الصوتية ، ونظف سطحه ، وقم بتغطيته بشكل موحد بطبقة رقيقة من أداة التوصيل (تختلف عن محولات الطاقة الطولية وموجات^{القص 25}) قبل وضعها على عينة.
  2. للإثارة منخفضة التردد (<50 كيلو هرتز) ، اختر قرصا كهرضغطية بقطر مناسب (3-50 كيلو هرتز) أو شاكر اهتزازي (0-10 كيلو هرتز) كمصدر للإثارة. يجب لصق الأقراص الكهروإجهادية على عينة مختبرة لضمان الاقتران المناسب.
2. تأكد من أن عينة الاختبار نظيفة وموضوعة بشكل آمن. ضع شريطا عاكسا على عينة الاختبار عند النقطة المقصودة للحصول على الإشارة لاكتشاف الإشارة بشكل أفضل بواسطة الليزر.
3. اضبط موضع وزاوية ليزر LDV لتوجيهه نحو الشريط العاكس من خلال التأكد من توجيه الليزر بشكل عمودي تماما على الشريط العاكس وضبط مسافة المواجهة على القيمة المثلى كما هو موضح في دليل LDV. تأكد من عزل الطاولة الأساسية ، حيث يتم الاحتفاظ بالعينة ، عن أي جسم يمكن أن يسبب ضوضاء كهربائية أو صوتية.
4. قم بإنشاء دائرة كهربائية عن طريق ربط جهاز كمبيوتر بمولد إشارة ، متبوعا بمكبر للصوت متصل ببيزو. يتم توصيل LDV بنظام اكتساب أو راسم الذبذبات. نظام الحصول على البيانات ، بدوره ، متصل بجهاز كمبيوتر. بمجرد إنشاء اتصال صحيح ، ابدأ الاختبار.
توليد الإشارات واكتساب الإشارات
ملاحظة: يتم توضيح إجراءات توليد الإشارات والحصول عليها باستخدام برنامج SBench6.
1. قم بإنشاء مشروعين منفصلين لإنشاء الإشارات واكتساب الإشارات عن طريق تحديد الأجهزة المناسبة من مربع حوار Start Manager لمولد ومحول رقمي. انقر فوق ابدأ لبدء العملية في علامة التبويب وضع الإدخال واختر وضع التسجيل. حدد الوضع الفردي القياسي مسبقا ، مما يسمح بضبط المعلمات مثل Memsize (عدد العينات لكل قناة).
  ملاحظة: القيمة المبدئية الموصى بها هي 32 كيلو ثانية. يشير ما قبل المشغل وما بعد الزناد إلى عدد العينات التي يجب تسجيلها قبل وضع التشغيل وبعده ، كما هو مطلوب.
2. قم بتعيين معدل أخذ العينات المطلوب ضمن علامة التبويب الساعة . بشكل افتراضي، يتم تطبيق الحد الأقصى لمعدل أخذ العينات لوضع التسجيل المحدد.
3. قم بتكوين وضع التشغيل ضمن علامة التبويب Trigger . اختر وضعا مناسبا، مثل تشغيل البرنامج للاقتناء الفوري بعد أن تصبح بطاقة الترخيص جاهزة. يمكن الوصول إلى جميع قنوات الإدخال في علامة التبويب قناة الإدخال .
4. لبدء تسجيل لقطة واحدة، انقر فوق زر السهم الأخضر المتحرك لليمين. يتوقف التسجيل تلقائيا عند الوصول إلى Memsize المحدد. بدلا من ذلك ، اختر تسجيل حلقة لا نهاية لها. قم بإنهاء التسجيل باستخدام زر إيقاف . يتم عرض التسجيلات على شاشة تناظرية.
  ملاحظة: عند توصيل بطاقة المولد، تتحول علامة التبويب وضع الإدخال في نافذة المولد إلى وضع الإخراج.
5. استخدم خيار Easy Generator لبرنامج القياس لإنشاء وظائف إثارة بسيطة مثل الموجات الجيبية أو النبضات المستطيلة.
  1. بدلا من ذلك ، استخدم مولد دالة لإنشاء وظائف رياضية عشوائية. للقيام بذلك ، انتقل إلى جديد علامة التبويب ، واختر حسابات الإشارة ، واختر خيار منشئ الوظائف .
  2. تأكد من أن معدل العينة يطابق معدل الساعة الداخلي. حدد طول الإشارة وابدأ الإشارة ، والتي ستظهر بعد ذلك على الشاشة التناظرية. يمكن كتابة دالة رياضية في حقل الصيغة أو تحميلها كملف .txt .
6. قم بإجراء تحويل فورييه سريع (FFT) على الإشارة عن طريق تحديد حسابات الإشارة ضمن قنوات الإدخال واختيار FFT. اختر وظيفة نافذة مناسبة (على سبيل المثال ، مستطيلة ، Hanning ، Hamming ، إلخ) لحساب FFT. للتحقق من دقة الإشارة التي تم إنشاؤها ، احسب تحويل فورييه السريع (FFT) وتأكد مما إذا كانت الذروة تتماشى مع التردد المخصص للإشارة.
7. افحص التكوين لضمان التشغيل السليم قبل بدء الاختبار عن طريق توجيه ليزر LDV إلى مصدر الاهتزاز (على سبيل المثال ، محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، شاكر ، إلخ) ، وإرسال إشارة ، وحساب FFT. في نافذة أخرى من برنامج القياس ، قم بتعيين بطاقة ترخيص محول رقمي وراقب الإشارة المستقبلة. مطابقة نتائج FFT في كلتا النافذتين قبل متابعة التجربة.
8. ابدأ التجربة بتوجيه ليزر LDV إلى نقطة الاستحواذ المطلوبة على عينة المواد الخارقة. قم بإنشاء إشارة وتسجيل البيانات وحفظها.
تحليل البيانات ومعالجتها
1. تحليل بيانات استجابة التردد في نافذة المحول الرقمي لتحديد فجوات نطاق التردد للتحقق من صحة النتائج العددية.
2. قم بتصدير البيانات كملفات ثنائية ASCII أو MATLAB للتخطيط باستخدام أدوات مثل OriginPro و MATLAB وما إلى ذلك.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم توضيح البروتوكول الموصوف من خلال تصنيع وتوصيف عينات على شكل عظم وعينات خارقة مصنوعة من أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS). الأشكال الهندسية للعينات هي كما يلي. تتبع أبعاد عينات على شكل عظم لاختبارات الشد التسمية D638−14. يمثل هيكل المواد الخارقة نظيرا مستمرا لنموذج زنبركي كتلي أحادي البعد (ملف تكميلي 1) يتكون من 10 أقراص نصف قطرها 7 مم و 2 مم بسمك دوري عند 20 مم ، والتي ترتبط بها عوارض رقيقة من المقطع العرضي المربع 2 مم × 2 مم. يمكن العثور على ملف STL لهيكل عظام المستخدم لاختبار الشد في الملف التكميلي 2.

الطباعة ثلاثية الأبعاد لعينات البوليمر
يتم اتباع خطوات القسم 1 لتصنيع المواد الخارقة والعينات على شكل عظم باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد ثنائية الفوهة FDM. في برنامج التقطيع ، يتم تعيين خيوط أكريلونيتريل بوتادين ستايرين (ABS) للفوهة 1 ، بينما يتم إيقاف تشغيل الفوهة 2 حيث يتم إنتاج العينات من مادة واحدة دون دعم. يتم استخدام إعدادات الطباعة التالية: كثافة الحشو 100٪ ، ونمط الحشو الخطي بارتفاع الطبقة 0.2 مم ، ودرجة حرارة الفوهة 245 درجة مئوية ، ودرجة حرارة السرير 100 درجة مئوية ، وسرعة الطباعة 40 مم / ثانية ، وسرعة المروحة 3٪. تظهر الأشكال الهندسية المقطعة في الشكل 1 أ. للحفاظ على الأجزاء ثابتة أثناء عملية الطباعة ، يتم تطبيق طبقة رقيقة من الغراء على سطح سرير الطباعة. بمجرد الانتهاء من الطباعة (الشكل 1 ب) ، تتم إزالة الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد بعد تبريد سرير الطباعة إلى درجة حرارة الغرفة. تظهر العينات النهائية المطبوعة ثلاثية الأبعاد في الشكل 1 ج.

TGA و DSC
يشير TGA لبوليمر ABS إلى عملية تحلل أحادية المرحلة ، انظر الشكل 2 أ. درجة حرارة بداية التحلل المقاسة هي 390 درجة مئوية ، مع حدوث التحلل الكامل عند حوالي 420 درجة مئوية. يلاحظ المرء فقدان الوزن بنسبة 5٪ لعينة الاختبار المقابلة ل 363.6 درجة مئوية ، والتي كانت بمثابة حد أقصى لدرجة الحرارة العليا لاختبار DSC. تكشف نتائج DTG عن معدل تحلل ذروة عند 404.5 درجة مئوية. يوضح الشكل 2 ب نتائج اختبار DSC الذي تم إجراؤه على نطاق درجة حرارة يتراوح بين 40 درجة مئوية و270 درجة مئوية، مما يشير إلى درجة حرارة التزجج (T_g) تبلغ 100.4 درجة مئوية ودرجة حرارة انصهار (T_m) تبلغ 216.5 درجة مئوية.

DMA
تعمل درجة حرارة التزجج (T_g) من DSC كحد أقصى لدرجة الحرارة لاختبار DMA بعد الهدف من هذا العمل المتمثل في توصيف ABS في درجة حرارة الغرفة. تم إجراء DMA باستخدام DMA 8000 ، انظر الشكل 3 ، على ثلاث عينات ، كل منها من نمط الحشو الخطي محاذاة عند 0 درجة (النوع 1) و 45 درجة (النوع 2) إلى مرجع figure-results-1 الطابعة ثلاثية الأبعاد. يتم استخدام مسح التردد من 0.1 إلى 100 هرتز مع درجات حرارة تتراوح بين 5 درجات مئوية و 60 درجة مئوية. تم تعديل معدل التسخين إلى 2 درجة مئوية / دقيقة ، وزادت درجة الحرارة بزيادات قدرها 5 درجات مئوية مع توقف مؤقت متساوي الحرارة لمدة 5 دقائق في كل خطوة. تم تحويل المنحنيات التي تم الحصول عليها عند 12 درجة حرارة مختلفة إلى درجة حرارة مرجعية تبلغ 25 درجة مئوية باستخدام معادلة ويليامز-لاندل-فيري (WLF). وتكشف نتائج تراكب درجة الحرارة الزمنية القاطعة للعينات من النمط 1 والنمط 2 (الشكل 4) عن خط مسطح لمعامل التخزين ومعامل الخسارة في مدى التردد من 7-10 ^إلى ^{10 8} هرتز. لوحظت بعض الانحرافات في معامل الخسارة والتان (δ) في نقاط معينة في منحنى TTS.

اختبار الشد
تم إجراء اختبارات الشد باستخدام آلة الشد النهائية (UTM) ، انظر الشكل 5 ، بسعة تحميل قصوى تبلغ 1 كيلو نيوتن. تضمنت معلمات الاختبار قوة قصوى تبلغ 980 نيوتن ووقت منحدر يبلغ 60 ثانية. تم تعيين وقت استرداد يبلغ 10 ثوان ، وسجلت آلة اختبار الشد 10 نقاط بيانات للقوة في الثانية. التقطت الكاميرات عالية الدقة لنظام DIC 30 صورة لكل إطار ، وتم إجراء التحليل مع التركيز على المنطقة المظللة المحددة على أنها مضلع 1 في الشكل 6 أ. متوسط قيم الإجهاد الرئيسي داخل المنطقة المظللة هو 1.317 (إجهاد الشد) و -0.454 (إجهاد ضاغط). يوضح الشكل 6 ب نتائج نسبة بواسون ، بمتوسط قيمة ملحوظة قدرها 0.37. يوضح الشكل 6C نتائج معامل يونغ ، محسوبة من منحدر منحنى التفريغ الذي يظهر استعادة مرنة ، والتي تنتج قيمة 0.543 GPa.

تحليل العناصر المحدودة
يعرض الشكل 7 أ هندسة مادة خارقة تعتبر لتحليل الإرسال ، حيث يشير "مستوى الإخراج" إلى المسبار لقياس الإشارات المرسلة. يظهر منحنى الإرسال المقدر عدديا في الشكل 7 ب ، لإزاحة الإثارة خارج المستوى بمقدار 1 ميكرومتر على طول figure-results-2 المستوى الساقط الموضح للنموذج في الشكل 7 أ. وتمثل الانخفاضات في سوية الإرسال التي تتجاوز dB 20، والتي تبينها منطقة مظللة، فجوات في نطاقات التردد في مديات تردد مختلفة.

اختبارات نقل الالتقاط
يوضح الشكل 8 الإعداد المستخدم لاختبار نقل التقاط الملعب الذي تم إجراؤه على نظير مستمر بسيط 1D لنموذج زنبركي كتلي دوري مصنوع من بوليمر ABS شائع الاستخدام (الشكل 9 أ) ، باستخدام LDV غير الملامس. ويبين الشكل 9 باء نتائج اختبار الإرسال بالاقتطاع في مجال التردد لعينة ABS المطبوعة ثلاثية الأبعاد المطابقة للعينة المبينة في الشكل 7A. تم استخدام القرص الكهروإجهادي القائم على السيراميك بتردد الرنين الشعاعي 200 كيلو هرتز (قطر 10 مم وسمك 0.2 مم) لتطبيق إشارة مسح التردد التي اجتاحتها من 4 كيلو هرتز إلى 40 كيلو هرتز. تم الحصول على الإشارة المرسلة في خلية^الوحدة 10 من جانب الإثارة. تم تحويل بيانات المجال الزمني المسجلة إلى مجال التردد من خلال تطبيق تحويل فورييه السريع. تكشف البيانات المعالجة عن انخفاض إشارة يزيد عن dB 20 عند ترددات مختلفة ، مما يشير إلى فجوات نطاقات التردد المميزة باللون الأزرق في الشكل 9B.

figure-results-3
الشكل 1: الطباعة ثلاثية الأبعاد لعينات البوليمر. (أ) الهندسة المقطعة في برنامج تقطيع القسم. (ب) عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد الجارية. (ج) عينة ABS مطبوعة ثلاثية الأبعاد لاختبار الشد وفقا لمعيار ASTM D638. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-4
الشكل 2: تحليل القياس الحراري الوزني (TGA) ومسعر المسح التفاضلي (DSC). نتائج التوصيف الحراري لبوليمر ABS في اختبارات (A) TGA و DTG و (B) DSC. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-5
الشكل 3: التحليل الميكانيكي الديناميكي. (أ) أداة DMA والأجزاء المهمة. (B) صورة لتشكيلة الاختبار أحادية الكابولي (بدون عينة). (ج) صورة عينة مثبتة في تشكيلة اختبار الكابولي الفردي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-6
الشكل 4: نتائج تراكب درجة الحرارة الزمنية نتائج TTS لبوليمرات ABS ثلاثية الأبعاد مطبوعة بنمط حشو خطي محاذاة عند 0 درجة (النوع 1) و 45 درجة (النوع 2) إلى مرجع figure-results-7 الطابعة ثلاثية الأبعاد: معامل التخزين ومعامل الخسارة والتان (δ). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-8
الشكل 5: إعداد اختبار الشد. رسم تخطيطي لإعداد اختبار الشد ، بما في ذلك آلة الشد العالمية (UTM) إلى جانب إعداد DIC. يتم أيضا عرض مكبر للعينة لتسليط الضوء على نمط البقع على العينة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-9
الشكل 6: نتائج اختبار الشد. (أ) صورة لعينة الاختبار التي حصلت عليها كلتا الكاميرتين من إعداد DIC. المضلع 1 هو المنطقة التي تعتبر للحسابات. تم سحب العينة من اليسار إلى اليمين. (ب) نتائج نسبة بواسون. (ج) سلوك الإجهاد والإجهاد لعينات ABS المطبوعة ثلاثية الأبعاد على شكل عظم (النوع 2) التي تم اختبارها عند 50 مم / دقيقة (الاختبار 1) و 5 مم / دقيقة (الاختبار 2). تم إجراء الاختبار على أربع عينات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-10
الشكل 7: تحليل العناصر المحدودة. (أ) نموذج هندسي للحسابات العددية للإرسال؛ a_x هو أبعاد خلية الوحدة ، و d هو قطر القرص ، و PML يرمز إلى طبقة متطابقة تماما. (ب) النتائج العددية لحسابات الإرسال، تمثل المناطق المظللة فجوة نطاق التردد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-11
الشكل 8: إعداد تجربة ناقل الحركة بالملعب. إعداد الاختبار لتجارب نقل التقاط الملعب باستخدام مقياس اهتزاز دوبلر ليزر غير متصل يستخدم لقياس الاهتزازات الميكانيكية المنقولة عبر العينة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-results-12
الشكل 9: نتائج تجربة نقل الصيد بالقارية. (أ) صورة لهيكل المواد الخارقة لحجم خلية الوحدة a_x = 20 مم بقطر القرص d = 14 مم تم اختبارها في تجربة نقل الصيد بالقارة. يتم استخدام قرص كهرضغطية بتردد رنين شعاعي 200 كيلو هرتز لإثارة الاهتزازات الهيكلية ويتم لصق الشريط العاكس للاقتناء في نقاط مختلفة (AP1 و AP2 و AP3 و AP4 و AP5) من الهيكل. (ب) النتائج التجريبية من اختبار الإرسال بالصيد على الملعب. تم تسجيل الحادث والإشارة المرسلة عند نقطة الإثارة ونقطة الاقتناء 5 (AP5) ، على التوالي. تمثل المناطق المظللة فجوة نطاق التردد المقدرة تجريبيا. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

تكوين الاختبار	عينات الاختبار
ناتئ واحد	معظم العينات، باستثناء الأغشية الرقيقة التي يقل حجمها عن 0.1 مم
ناتئ مزدوج	مواد ناعمة نسبيا إذا كانت بيانات الكابول الفردية صاخبة
الانحناء ثلاثي النقاط	عينات شديدة الصلابة والكبيرة
توتر	أغشية رقيقة جدا بسماكة <0.2 مم

الجدول 1: تكوينات الاختبار المناسبة لعينات الاختبار المختلفة ل DMA ، مصنفة بناء على صلابة العينة.

تكوينات الاختبار	الطول (مم)	العرض (مم)	سمك (مم)
ناتئ واحد	05–25	04–12	0.10–4.00
ناتئ مزدوج	25–45	04–12	0.10–4.00
ثني ثلاث نقاط	25–45	04–12	0.50–4.00
توتر	10–25	04–10	0.01–0.20

الجدول 2: أبعاد عينات الاختبار لتكوينات الاختبار المختلفة في تقنية DMA.

الملف التكميلي 1: ملف STL للهيكل الدوري 1D. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: ملف STL لهيكل عظام المستخدم في اختبار الشد. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ينطبق إجراء الطباعة ثلاثية الأبعاد الموضح في القسم 1 على معظم طابعات FDM ثلاثية الأبعاد بحجم الطاولة. ومع ذلك ، يمكن أن تكون الطباعة ثلاثية الأبعاد من ABS صعبة لأن هذا البوليمر حساس للتغيرات في درجات الحرارة. يمكن أن يتسبب التسخين أو التبريد غير المتكافئ في انكماش الأجزاء المطبوعة بالفعل ، مما يؤدي إلى الالتواء أو التشقق أو التفريغ. لمنع هذه المشكلات ، يقترح أولا تحديد إعدادات الطباعة المناسبة بناء على ورقة بيانات من المورد. بعد ذلك ، ينصح بتجنب التغيرات القوية في درجات الحرارة بالقرب من الجزء المطبوع أثناء عملية الطباعة. يمكن تحقيق ذلك عن طريق إحاطة الطابعة ثلاثية الأبعاد بصندوق أو غرفة للحفاظ على بيئة دافئة مستقرة.

يهدف التحليل الحراري الوزني (TGA) هنا إلى تحديد درجة الحرارة التي يبدأ عندها تحلل المادة ، حيث تتحكم درجة الحرارة هذه في درجة الحرارة القصوى الآمنة لقياس السعرات الحرارية للمسح التفاضلي (DSC). تعمل TGA على مبدأ قياس فقدان كتلة المادة كدالة لدرجة الحرارة. يقيس DSC بدوره المعلمات الحرارية الرئيسية للمادة ، بما في ذلك درجة حرارة التزجج ونقطة الانصهار ودرجات حرارة إعادة التبلور. يعمل على أساس مبدأ الكشف عن تغيرات الطاقة المرتبطة بتحولات الطور. وبالتالي ، فإن اختبارات TGA و DSC بمثابة تقنيات مكملة ل DMA.

من الأهمية بمكان تحليل T_m من مخطط DSC بعناية ، حيث يمكن أن يؤدي تعريض المحلل الميكانيكي الديناميكي لعينة ذائبة إلى إتلاف المزدوجة الحرارية للأداة. قبل تحميل العينة ، يحتاج المرء إلى التأكد من بقاء المقلاة غير ملوثة. يمكن أن يؤثر تلوث العينة بمواد غريبة على الخصائص الحرارية وإدخال القطع الأثرية في منحنيات TGA و DSC. يعد التحديد الدقيق ل T_gو T_m أمرا بالغ الأهمية لأنهما يعملان كمعلمات مهمة ل DMA.

يقيس DMA تباين خصائص المواد لعينة الاختبار مع درجة الحرارة ، ضمن نطاق التردد المحدد من قبل المستخدم. يمكن لأداة DMA إجراء مثل هذه القياسات ضمن نطاق التردد من 0.01-600 هرتز. يمكن التنبؤ بتباين خصائص المواد للبوليمرات الريولوجية البسيطة عند قيم التردد خارج هذا النطاق باستخدام تراكب درجة الحرارة^{الزمنية 7}. بهذه الطريقة ، يحصل المرء على الخصائص اللزجة المرنة للمواد - معامل الخسارة واللزوجة المعقدة. ومع ذلك ، فإن التشغيل في درجات حرارة قريبة من T_mيمكن أن يتلف المحلل الميكانيكي الديناميكي ويجب تجنبه. إلى جانب ذلك ، قد يؤدي التشغيل في درجات حرارة قريبة من T_g إلى نتائج غير متسقة وغير موثوقة. لاحظ أيضا أن محاذاة العينة المناسبة ضرورية ، مما يضمن أن العينة مستقيمة ولها حواف ناعمة ومتوازية بدون عيوب في السطح. يجب ألا تلمس المزدوجة الحرارية المشابك في أي نقطة من القياس لتجنب التلف.

تكشف الاتجاهات المسطحة تقريبا لمنحنيات وحدات التخزين والخسارة في الشكل 4 أن ABS المطبوع ب FDM يظهر في المقام الأول سلوكا مرنا في درجة حرارة الغرفة. يشير تسطيح المنحنى لظل زاوية الطور (δ) ، وهو نسبة معامل التخزين إلى معامل الخسارة ، إلى أن T_g للمادة لا يقع ضمن نطاق درجة الحرارة المقاسة. إلى جانب ذلك ، لا يمكن تمييز بيانات عينتي الاختبار بتوجهين مختلفين لمخطط الطباعة ، مما يشير إلى عدم وجود تأثير كبير لمخطط الطباعة على الوحدات. يمكن أن يعزى ذلك إلى خسائر لزجة منخفضة بشكل استثنائي في ABS وكثافة حشو 100٪ ، والتي تخفي أي تأثير للزخرفة. لاحظ ، مع ذلك ، أن هذه النتائج هي إعفاء أكثر من كونها قاعدة للبوليمرات المطبوعة ثلاثية الأبعاد لأن الخسائر اللزجة في الخيوط الأخرى لا تستهان بها. تؤكد هذه الخسائر على أهمية إجراء DMA للبوليمرات المطبوعة ثلاثية الأبعاد.

اختبار الشد هو تقنية معتمدة على نطاق واسع للتوصيف الميكانيكي للمواد. إنه يوفر وحدات ميكانيكية شبه ثابتة ، على سبيل المثال ، معامل يونغ ونسبة بواسون ، لمادة عينة الاختبار ، غالبا ما تكون ذات شكل يشبه العظم (الشكل 1 ب). يمكن إضافة تقنية ارتباط الصورة الرقمية (DIC) لضمان الوضع الصحيح لعينة الاختبار والتقاط صور لسطحها المشوه في كل خطوة تحميل ، وكذلك لمعالجة الصور لتحليل حقول الإجهاد والإزاحة. على الرغم من أن دمج DIC ينتج عنه مستوى أعلى من الدقة في النتائج ، إلا أنه يمكن أن يؤدي إلى العديد من التحديات إذا لم يتم التعامل معه بشكل صحيح. من المهم تطبيق نمط بقع جيد ، مع بقاء ثلاثية الأبعاد أقل من 0.4 / بكسل ، أثناء إعداد العينة ل DIC. تأكد من أن العينة مركزة جيدا واستخدم لوحات معايرة مناسبة تناسب مجال رؤية الكاميرا بشكل أفضل. معامل يونغ الذي تم تحديده من اختبار الشد في هذه الدراسة ، 0.543 GPa ، يتفق جيدا مع القيمة التي أبلغ عنها (0.751 GPa) بواسطة Samykano et ^al.26. قد يكون ل UTM المستخدم للاختبار قيود من حيث الدقة أو الدقة أو السعة ، مما قد يؤثر على جودة النتائج وموثوقيتها. يمكن أن يتسبب التحضير غير الصحيح للعينة ، بما في ذلك التركيب أو المعالجة غير الصحيحة ، في حدوث أخطاء في القياس. يمكن تجنب انزلاق العينة باستخدام أوراق كاشطة لتحسين الاتصال بين العينة وفكي UTM. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من المواد لها خصائص ميكانيكية متباينة الخواص. يمكن أن يؤدي عدم الاهتمام بالسلوك متباين الخواص إلى تنبؤات غير دقيقة.

تعد عمليات المحاكاة العددية لتقدير فجوات النطاق ضرورية لتحديد ترددات العمل بشكل صحيح لاختبارات إرسال الصيد⁴ ^، ⁸ ^، ²⁷. البيانات المحسوبة الموضحة في الشكل 7 ب متوقعة لتكوين المواد الخارقة التي تم تحليلها الموضحة في الشكل 7 أ. على وجه التحديد ، يتأرجح منحنى الإرسال خارج تردد فجوة النطاق حول قيمة ثابتة مع قمم التذبذب المقابلة للترددات الطبيعية للوسط الدوري محدود^{الحجم 27}. داخل فجوة النطاق ، يتم تقليل الإرسال بقوة للتحقق من قدرة هذه المادة الخارقة على تخفيف الموجات الصوتية.

إجراء المحاكاة المبلغ عنه (القسم 5) عام ولا يقتصر على الهندسة التي تم تحليلها أو السلوك اللزج المرن المحدد. يمكن اختبار الهياكل الخارقة الأخرى المصنوعة من مواد لزجة مرنة مختلفة بنجاح في تحليل الإرسال⁷^،⁸^،²⁰^،²²^،²⁴. يقتصر سلوك المواد على المرونة الخطية للمرونة اللزجة حيث لا يمكن تحليل المواد غير الخطية في مجال^{التردد 4}. لاحظ أن تحليل الإرسال في حزم العناصر المحدودة الأخرى قد يتطلب خطوات تنفيذ أخرى ومصطلحات أو أوامر مختلفة لإجراءات مماثلة. أيضا ، قد تكون الظروف الحدودية الدورية و PML غائبة مما يتطلب البحث عن بدائل لتقليل انعكاسات الموجات الزائفة من حدود المجال.

تهدف اختبارات الإرسال بالتقاط الملعب إلى تقدير جزء طاقة الموجة الصوتية المنقولة عبر عينة مادة (فوقية) وتحديد (التحقق من صحت) ترددات فجوة النطاق. من الملائم إعداد مثل هذا الاختبار بناء على بيانات الإرسال العددية الأولية ، والتي تسمح بتحديد نطاق تردد التشغيل الذي بدوره يتيح اختيار مصدر الإثارة المناسب⁸^،²⁰^،²²^،²⁴. تشمل المعدات النموذجية لاختبارات الإرسال مولد إشارة لتوليد إشارة إثارة ، ومكبر للصوت لزيادة شدة الإشارة ، وعناصر بيزو (على سبيل المثال ، قرص كهرضغطية أو محول طاقة من السيراميك الانجهادي) لتحويل الإشارات الكهربائية إلى حركات ميكانيكية والعكس صحيح ، ونظام الحصول على البيانات لتسجيل الإشارات^{المرسلة 7}. يرتبط أحد عناصر بيزو بإحكام بعينة مختبرة لإثارة إشارة ، بينما يتم استخدام عنصر (العنصرات) الآخر لاستقبال إشارة مرسلة. يتم استبدال عنصر بيزو الثاني هنا بمقياس اهتزاز دوبلر ليزر (LDV) لقياسات عدم الاتصال التي توفر جودة أفضل للإشارات المسجلة بسبب الحساسية العالية للغاية لليزر.

يتفق متوسط الإشارة المرسلة المقاسة بشكل جيد مع التنبؤات العددية (الشكل 7 ب والشكل 9 ب) ، كما هو متوقع لعينة ذات خسائر لزجة منخفضة للغاية. يتم تثبيت بيانات مجال التردد المعروضة بواسطة الضوضاء بسبب الحساسية العالية لليزر. مزايا ومرونة استخدام LDV للحصول على البيانات واضحة. بالإضافة إلى القياسات غير التلامسية والبيانات الدقيقة ، يتيح LDV قياس الإشارة في جانب الإثارة عن طريق تركيز الليزر على العينة بالقرب من القرص الكهروإجهادي. يوفر هذا إمكانية تقييم نسبة إشارات الإدخال المرسلة إلى إشارات الإدخال كما هو الحال في المحاكاة العددية وهو أمر مفيد بشكل خاص للمواد الخارقة ذات البنية المعقدة التي تظهر مستوى مرتفعا من انعكاسات الموجات الداخلية.

يمكن الاستنتاج أن البروتوكول المقترح لتوصيف المواد الخارقة اللزجة المرنة يمكن أن يكون مفيدا للباحثين العاملين في هذا المجال سريع التطور للحصول على بيانات لمجموعة واسعة من المواد المصنعة المضافة واستخدام هذه البيانات في تحليل ديناميكيات المواد الخارقة نظرا لأن خصائص التخميد الاستثنائية التي توفرها البوليمرات بسبب التأثيرات اللزجة المرنة تجعلها خيارا مفضلا على المواد الخارقة المعدنية أو الخزفية ، فإن الفهم الأعمق لهذه التأثيرات ضروري لزيادة تطبيقات المواد الخارقة في توجيه الموجات الصوتية ، وإخفاء الهوية ، والصوتيات تحت الماء ، وامتصاص الصوت ، والتصوير الطبي ، وحصاد الطاقة ، وغيرها الكثير.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعلن جميع المؤلفين أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

S.B. و A.O.K. يقران بالدعم المالي ل OCENW. مشروع M.21.186 مقدم من مجلس البحوث الهولندي (NWO).

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
أكريلونيتريل بوتادين ستايرين ( ABS)	BASF	https://www.xometry.com/resources/3d-printing/abs-3d-printing-filament/	درجة حرارة الطباعة: 225-245 درجة ؛ C
COMSOL Multiphysics 6.0	COMSOL	https://www.comsol.com/product-download/6.0	برنامج العناصر المحدودة
نظام DAQ ل DIC	Dantec Dynamics	https://www.dantecdynamics.com/components/daq-controllers/
Discovery DSC 25	TA Instruments	https://www.tainstruments.com/dsc-25/	Software: Trios; المقلاة: الألومنيوم
DMA 8000	Perkin Elmer	https://www.perkinelmer.com/product/dma-8000-analyzer-qtz-window-ssti-clamp-n5330101	البرمجيات: PerkinElmer
DN2.813-04 هجينأجهزة الطيف Netbox		https://spectrum-instrumentation.com/products/details/DN2813-04.php	مولد إشارة 4 قنوات ومحول رقمي ؛ البرامج المستخدمة: طابعة SBench6
FDM ثلاثية الأبعاد Ultimaker 3.0	Ultimaker	https://ultimaker.com/3d-printers/s-series/ultimaker-s3/	القطاعة: وحدة الليزر Ultimaker Cura
Polytec OFV 534	Polytec GmbH	https://www.polytec.com/eu/vibrometry/products	رأس الليزر والليزر ، كمجموعة
من وحدة التحكم في مقياس الاهتزاز Polytec OFV-5000	Polytec GmbH	https://www.polytec.com/eu/vibrometry/products	وحدة تحكم LDV
مضخم الطاقة من النوع 2718	Bruel & Kjaer	https://www.bksv.com/en/instruments/vibration-testing-equipment/vibration-amplifiers/exciters/power-amplifier-type-2718	قدرة خرج الطاقة ل 75 VA
PRYY-0110	PI السيراميك	https://www.piceramic.com/en/products/piezoceramic-components/disks-rods-and-cylinders/piezoelectric-discs-1206710	أقراص كهرضغطية قائمة على السيراميك ومزودة ب Ag
Q400 DIC	Limess Messtechnik & Software GmbH	https://www.limess.com/en/products/q400-digital-image-correlation	البرمجيات: Istra4D
Thermogravimetric Discovery TGA 550	TA Instruments	https://www.tainstruments.com/tga-550/	البرنامج: Trios; المقلاة: الألومنيوم
UniVert 1kN آلة اختبار الشد	مقياس الخلية اختبار المواد الحيوية	https://www.cellscale.com/products/univert/	البرنامج: UniVert ؛ سعة خلية التحميل: 1 كيلو نيوتن
WMA-300 مضخم الجهد العالي عالي السرعة	Falco Systems	https://www.falco-systems.com/High_voltage_amplifier_WMA-300.html	تضخيم 50x يصل إلى +150 فولت و -150 فولت فيما يتعلق بالأرض

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lodge, T. P., Hiemenz, P. C. Polymer Chemistry. Third edition. , CRC Press. Boca Raton. (2020).
Lakes, R. S. Viscoelastic Solids. (1998), CRC Press. Boca Raton. (2017).
Manconi, E., Mace, B. R. Estimation of the loss factor of viscoelastic laminated panels from finite element analysis. J Sound Vib. 329 (19), 3928-3939 (2010).
Moiseyenko, R. P., Laude, V. Material loss influence on the complex band structure and group velocity in phononic crystals. Phys Rev B. 83 (6), 064301(2011).
Frazier, M. J., Hussein, M. I. Viscous-to-viscoelastic transition in phononic crystal and metamaterial band structures. J Acoust Soc Am. 138 (5), 3169-3180 (2015).
Krushynska, A. O., Kouznetsova, V. G., Geers, M. G. D. Visco-elastic effects on wave dispersion in three-phase acoustic metamaterials. J Mech Phys Solids. 96, 29-47 (2016).
Krushynska, A. O., et al. Dissipative dynamics of polymer phononic materials. Adv Funct Mater. 31 (30), 2103424(2021).
Merheb, B., et al. Elastic and viscoelastic effects in rubber/air acoustic band gap structures: A theoretical and experimental study. J Appl Phys. 104 (6), 064913(2008).
Krushynska, A. O., et al. Emerging topics in nanophononics and elastic, acoustic, and mechanical metamaterials: an overview. Nanophotonics. 12 (4), 659-686 (2023).
Renaud, F., Dion, J. -L., Chevallier, G., Tawfiq, I., Lemaire, R. A new identification method of viscoelastic behavior: Application to the generalized Maxwell model. Mech Syst Signal Process. 25 (3), 991-1010 (2011).
Lewandowski, R., Chorążyczewski, B. Identification of the parameters of the Kelvin-Voigt and the Maxwell fractional models, used to modeling of viscoelastic dampers. Comput Struct. 88 (1-2), 1-17 (2010).
Lewińska, M. A., Kouznetsova, V. G., van Dommelen, J. A. W., Krushynska, A. O., Geers, M. G. D. The attenuation performance of locally resonant acoustic metamaterials based on generalised viscoelastic modelling. Int J Solids Struct. 126-127, 163-174 (2017).
Lee, D., Kim, M., Rho, J. A finite element method towards acoustic phononic crystals by weak formulation. J Phys Condens Matter. 31 (37), 375901(2019).
Langer, P., Maeder, M., Guist, C., Krause, M., Marburg, S. More than six elements per wavelength: The practical use of structural finite element models and their accuracy in comparison with experimental results. J Comput Acoust. 25 (04), 1750025(2017).
Poggetto, V. F. D., Serpa, A. L. Elastic wave band gaps in a three-dimensional periodic metamaterial using the plane wave expansion method. Int J Mech Sci. 184, 105841(2020).
de Oliveira, V. B. S., Schalcher, L. F. C., dos Santos, J. M. C., Miranda Jr, E. J. P. Wave attenuation in 1-D viscoelastic phononic crystal rods using different polymers. Mater Res. 26, 10.1590/1980-5373-mr-2022-0534 (2023).
Xiao, Y., Wen, J., Wen, X. Broadband locally resonant beams containing multiple periodic arrays of attached resonators. Phys Lett A. 376 (16), 1384-1390 (2012).
Kulpe, J. A., Sabra, K. G., Leamy, M. J. Bloch-wave expansion technique for predicting wave reflection and transmission in two-dimensional phononic crystals. J Acoust Soc Am. 135 (4), 1808-1819 (2014).
Guo, Z., Sheng, M., Pan, J. Flexural wave attenuation in a sandwich beam with viscoelastic periodic cores. J Sound Vib. 400, 227-247 (2017).
Valiya Valappil, S., Krushynska, A. O., Aragón, A. M. Analytical characterization of the dynamic response of viscoelastic metamaterials. Comput Mater Sci. 229, 112385(2023).
Shi, L., et al. Spectral element method for band-structure calculations of 3D phononic crystals. J Phys D Appl Phys. 49 (45), 455102(2016).
Matlack, K. H., Bauhofer, A., Krödel, S., Palermo, A., Daraio, C. Composite 3D-printed metastructures for low-frequency and broadband vibration absorption. Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (30), 8386-8390 (2016).
Van Belle, L., Claeys, C., Deckers, E., Desmet, W. On the impact of damping on the dispersion curves of a locally resonant metamaterial: Modelling and experimental validation. J Sound Vib. 409, 1-23 (2017).
D'Alessandro, L., Krushynska, A. O., Ardito, R., Pugno, N. M., Corigliano, A. A design strategy to match the band gap of periodic and aperiodic metamaterials. Sci Rep. 10 (1), 16403(2020).
Theobald, P., Zeqiri, B., Avison, J. Couplants and their influence on AE sensor sensitivity. J Acoust Emiss. 26, 91-97 (2008).
Samykano, M., et al. Mechanical property of FDM printed ABS: influence of printing parameters. Int J Adv Manuf Technol. 102 (9-12), 2779-2796 (2019).
Hussein, M. I., Leamy, M. J., Ruzzene, M. Dynamics of Phononic Materials and Structures: Historical Origins, Recent Progress, and Future Outlook. Appl Mech Rev. 66 (4), 040802(2014).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

توصيف المواد الخارقة المرنة المشتتة التي تنتجها التصنيع الإضافي

في هذه المقالة

ملخص

الملخص

المقدمة

البروتوكول

النتائج

المناقشة

الإفصاحات

شكر وتقدير

المواد

المراجع

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

مقالات ذات صلة