表征增材制造生产的耗散弹性超材料

我的研究旨在表征活性制造聚合物的粘弹性，并检查对弹性超材料动力学的影响。我试图了解这些特性如何推断工作频率下的波损耗，这可能包括精确的表征和潜在的修改。聚合物表征需要材料科学、放射学、专业设置和培训方面的专业知识，而超材料研究人员通常缺乏这些专业知识。

同样，波衰减和超材料的超声分析涉及化学工程师不熟悉的技术。因此，合并这两个领域会带来重大的实验挑战。聚合物中的粘弹性是一种复杂的现象，在超声频率下的存储和损耗模量数据有限，特别是对于增材制造的聚合物。

其目的是将材料特性与超材料的结构驱动动力学联系起来，从而为目标工作频率实现稳健可靠的设计。我们的协议将制造、化学、超声波和化学测试与数值分析相结合，以增强我们对学术特性如何影响聚合物超材料动力学的理解。这些知识将改进超材料设计，适用于声学时钟、波导、能量收集和其他需要有效波控制的领域。

我们未来的活动将侧重于分析不同的 3D 打印参数如何影响最终部件的粘弹性。此外，探索改变这些特性以影响聚合物超材料的动态行为的机制。我们的目标是创建更准确、更高效的模型，以模拟声学和超声应用中复杂几何形状中的粘弹性行为。

首先，根据此处所示表中提供的尺寸制造长方体测试样品。定义测试温度范围，避免并保持远低于材料、熔化温度。选择每分钟 1 到 3 摄氏度之间的加热速率。

为获得最佳结果，请选择最低的应变值。设置频率扫描和加热速率的参数。对于校准，请使用单悬臂测试配置。

启动校准过程以确保准确性。要夹紧样品，请在激活驻留模式时松开固定和可调节夹具的螺钉。将测试样品滑过一侧并将其放在夹具的螺纹上。

然后拧紧可调节夹具，然后拧紧固定夹具。要重新安装烘箱，请将其放在测试配置上并手动输入初始温度。达到所需温度后至少等待 3 分钟。

现在开始测量。测量完成且柱温箱温度恢复到环境温度后，取出柱温箱和样品，然后导出数据并使用适当的偏移因子将曲线移至参考温度，以获得参考温度下的主曲线。首先使用模型向导创建新模型。

选择 3D 空间尺寸并添加实体机械研究。然后选择用于传输分析的频域研究。在 global definitions 选项卡下，定义相关参数并为其分配值。

使用可用的工具，创建超材料模型的几何。现在右键单击组件以访问定义选项卡，然后选择探针并选择边界探针。将模型上的边界分配给要计算传输损耗的边界探针。

要定义完美匹配的层或 PML，请右键单击定义选项卡，并将 PML 属性分配给超材料几何图形周围的几何块。在垂直于周期性方向的面上应用周期性边界条件，并启用连续性特征。然后右键单击 materials（材料）选项卡并从库中添加材料，以将材料属性分配给几何体。

在组件选项卡下，右键单击线弹性材料选项卡，然后选择粘弹性材料模型。输入根据 DMA 结果从计算中获得的偏张量。接下来，右键单击指定的位移选项卡，然后从图形窗口中选择要动态激励的模型部分。

在压电元件的预期位置分配平面外位移的幅度。然后为分析的模型生成合适的网格。现在从下拉菜单中选择合适的 shift 函数。

如果在要使用的 DMA 结果中已经考虑了温度影响，则选择 none。选择合适的粘弹性模型，然后根据计算输入偏张量的值。从研究库中，选择添加研究选项，选择频域，然后输入目标频率范围。

然后按 compute 按钮计算研究。现在，右键单击结果选项卡并选择 1D 绘图组函数。右键单击创建的 1D 绘图组，然后从选项中选择 global。

在设置窗口的 Y axis data 选项卡中，输入传输损耗的数学表达式并绘制数据。传输计算的数值结果显示，传输电平下降超过 20 分贝，表示在频率范围内观察到的频带间隙。首先，根据工作频率范围的数值预测选择合适的激励源。

在预期信号采集点的试样上贴上反光带，以改善激光信号检测。调整 LDV 激光器的位置和角度，使其对准反光带。将计算机连接到信号发生器，然后将放大器连接到压电陶瓷以形成电路。

建立正确的连接后，开始测试。要创建两个单独的项目来生成和采集信号，请从 start manager 对话框中为发生器和数字化器选择合适的硬件。单击 start 以在 input mode 选项卡中启动该过程，然后选择录制模式。

预先选择标准的单一模式，允许调整参数，如 mem 大小。然后在 clock 选项卡下设置所需的采样率。在 trigger 选项卡下配置触发模式。

要启动单次拍摄记录，请单击右侧移动的绿色箭头按钮。完成后，使用停止按钮结束录制。使用测量软件的 Easy Generator 选项生成简单的激励函数，如符号波或矩形脉冲。

或者，导航到新选项卡。选择 signal calculations 并选择 function generator 选项。定义信号的长度并启动信号。

要对信号执行 Fast Furier 变换，请在 Input channels 下选择 signal calculations，然后选择 FFT。为 FFT 计算选择合适的窗口函数。在开始测试之前，将 LDV 激光器对准振动源。

发送信号并计算 FFT 以检查配置以确保正常运行。在测量软件的另一个窗口中，观察接收到的信号。在继续实验之前，在两个窗口中匹配 FFT 结果。

要开始实验，请将 LDV 激光器对准超材料样品上所需的采集点。音调捕捉传输测试显示，频率范围内存在信号下降，表明存在频隙。