Caratterizzazione dei metamateriali elastici dissipativi prodotti dalla produzione additiva

La mia ricerca mira a caratterizzare le proprietà viscoelastiche di polimeri prodotti attivamente e ad esaminare l'impatto sulla dinamica dei metamateriali elastici. Cerco di capire come queste proprietà possano inferire l'attrito delle onde a frequenze operative, che possono includere una caratterizzazione precisa e potenziali modifiche. La caratterizzazione dei polimeri richiede competenze nella scienza dei materiali, nella radiologia, nelle configurazioni specializzate e nella formazione, che spesso mancano per i ricercatori nei metamateriali.

Allo stesso modo, l'analisi ultrasonica dell'attenuazione delle onde e dei metamateriali coinvolge tecniche sconosciute agli ingegneri chimici. Di conseguenza, la fusione di questi due campi pone notevoli sfide sperimentali. La viscoelasticità nei polimeri è un fenomeno complesso e i dati per i moduli di stoccaggio e perdita a frequenze ultrasoniche sono limitati, in particolare per i polimeri prodotti in modo additivo.

L'obiettivo è quello di collegare le proprietà dei materiali con le dinamiche dei metamateriali guidate dalla struttura, consentendo così una progettazione robusta e affidabile per frequenze di lavoro mirate. Il nostro protocollo combina test di produzione, chimici, a ultrasuoni e chimici con analisi numeriche per migliorare la nostra comprensione di come le nostre proprietà scolastiche influenzano la dinamica dei metamateriali polimerici. Queste conoscenze miglioreranno la progettazione di metamateriali per applicazioni nel clock acustico, nella guida delle onde, nella raccolta di energia e in altri campi che richiedono un efficace controllo delle onde.

Le nostre attività future si concentreranno sull'analisi di come i diversi parametri di stampa 3D influenzano le proprietà viscoelastiche delle parti finali. Inoltre, esplorando i meccanismi per modificare queste proprietà per influenzare il comportamento dinamico dei metamateriali polimerici. Il nostro obiettivo è quello di creare modelli più accurati ed efficienti per simulare il comportamento viscoelastico in geometrie complesse per applicazioni acustiche e ultrasoniche.

Per iniziare, fabbricare campioni di test cuboidali in base alle dimensioni fornite nella tabella mostrata qui. Definire l'intervallo di temperatura di prova, evitando e rimanendo ben al di sotto dei materiali, temperatura di fusione. Selezionare una velocità di riscaldamento compresa tra uno e tre gradi Celsius al minuto.

Per risultati ottimali, optare per il valore di deformazione più basso. Impostare i parametri per lo sweep di frequenza e la velocità di riscaldamento. Per la calibrazione, utilizzare la configurazione di test a sbalzo singolo.

Avviare il processo di calibrazione per garantire l'accuratezza. Per bloccare il campione, allentare le viti dei morsetti fissi e regolabili quando la modalità di parcheggio è attivata. Far scorrere il campione di prova attraverso un lato e appoggiarlo sulle filettature dei morsetti.

Quindi serrare i morsetti regolabili seguiti dai morsetti fissi. Per reinstallare il forno, posizionarlo sopra la configurazione di prova e inserire manualmente la temperatura iniziale. Attendere almeno tre minuti dopo aver raggiunto la temperatura desiderata.

Ora inizia le misurazioni. Una volta completate le misurazioni e la temperatura del forno torna a quella ambiente, rimuovere il forno e il campione, quindi esportare i dati e spostare le curve a una temperatura di riferimento utilizzando fattori di spostamento appropriati per ottenere una curva master alla temperatura di riferimento. Per iniziare, utilizzare la Creazione guidata modello per creare un nuovo modello.

Selezionare la quota dello spazio 3D e aggiungere lo studio meccanico dei solidi. Quindi scegliere lo studio nel dominio della frequenza per l'analisi della trasmissione. Nella scheda delle definizioni globali, definire i parametri pertinenti e assegnare loro dei valori.

Utilizzando gli strumenti disponibili, è possibile creare la geometria di un modello di metamateriale. Ora fai clic con il pulsante destro del mouse sui componenti per accedere alla scheda delle definizioni, quindi seleziona le sonde e scegli la sonda di contorno. Assegnare un limite sul modello a questa sonda di confine in cui deve essere calcolata la perdita di trasmissione.

Per definire un layer o PML perfettamente abbinato, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla scheda delle definizioni e assegnare le proprietà PML ai blocchi geometrici che circondano la geometria del metamateriale. Applicare le condizioni al contorno periodiche sulle facce perpendicolari alla direzione di periodicità e attivare la funzione di continuità. Quindi fare clic con il pulsante destro del mouse sulla scheda dei materiali e aggiungere materiali dalla libreria per assegnare le proprietà del materiale alla geometria.

Nella scheda dei componenti, fare clic con il pulsante destro del mouse sulla scheda dei materiali elastici lineari e selezionare il modello del materiale di viscoelasticità. Immettere il tensore deviatorio ottenuto dal calcolo, in base ai risultati DMA. Quindi, fate clic con il pulsante destro del mouse sulla scheda di spostamento prescritta e selezionate una parte del modello da eccitare dinamicamente dalla finestra grafica.

Assegna l'ampiezza dello spostamento fuori dal piano alla posizione prevista di un elemento piezoelettrico. Quindi generare una mesh adatta per il modello analizzato. Ora scegli una funzione di cambio appropriata dal menu a discesa.

Selezionare nessuno se gli effetti della temperatura sono già considerati nei risultati DMA da utilizzare. Selezionare un modello viscoelastico appropriato e inserire i valori per il tensore deviatorio in base ai calcoli. Dalla libreria di studio, selezionare l'opzione Aggiungi studio, selezionare il dominio della frequenza e immettere l'intervallo di frequenza target.

Quindi premere il pulsante di calcolo per calcolare lo studio. Ora, fai clic con il pulsante destro del mouse sulla scheda dei risultati e seleziona la funzione di gruppo di grafici 1D. Fare clic con il pulsante destro del mouse sul gruppo di grafici 1D creato e scegliere globale dalle opzioni.

Nella scheda Dati dell'asse Y della finestra delle impostazioni, inserire l'espressione matematica per la perdita di trasmissione e tracciare i dati. I risultati numerici per i calcoli della trasmissione hanno mostrato un calo del livello di trasmissione superiore a 20 decibel, che rappresenta un divario di banda di frequenza osservato all'interno della gamma di frequenza. Per iniziare, scegli una sorgente di eccitazione adatta in base alle previsioni numeriche per un intervallo di frequenza operativa.

Applicare del nastro riflettente sul campione di prova nel punto di acquisizione del segnale previsto per migliorare il rilevamento del segnale laser. Regolare la posizione e l'angolazione del laser LDV per dirigerlo verso il nastro riflettente. Collega un computer a un generatore di segnali, seguito da un amplificatore collegato a un piezo per creare un circuito elettrico.

Una volta stabilita una connessione corretta, iniziare il test. Per creare due progetti separati per la generazione e l'acquisizione del segnale, selezionare l'hardware appropriato dalla finestra di dialogo del gestore di avvio per un generatore e un digitalizzatore. Fare clic su Avvia per avviare il processo nella scheda della modalità di input e scegliere una modalità di registrazione.

Preseleziona la modalità singola standard, che consente la regolazione dei parametri, come la dimensione del mem. Quindi impostare la frequenza di campionamento desiderata nella scheda dell'orologio. Configura la modalità di attivazione nella scheda di attivazione.

Per avviare la registrazione di una singola ripresa, fare clic sul pulsante freccia verde in movimento verso destra. Una volta terminata, terminare la registrazione utilizzando il pulsante di arresto. Utilizza l'opzione di generazione semplice del software di misura per generare semplici funzioni di eccitazione, come onde di segno o impulsi rettangolari.

In alternativa, vai alla nuova scheda. Scegli i calcoli del segnale e scegli l'opzione del generatore di funzioni. Definisci la lunghezza del segnale e avvia il segnale.

Per eseguire una trasformata furier veloce sul segnale, selezionare i calcoli del segnale nei canali di input e scegliere FFT. Scegliere una funzione finestra appropriata per il calcolo FFT. Prima di iniziare il test, puntare il laser LDV verso la sorgente di vibrazione.

Invia un segnale e calcola FFT per ispezionare la configurazione e garantire il corretto funzionamento. In un'altra finestra del software di misurazione, osservare il segnale ricevuto. Abbina i risultati FFT in entrambe le finestre prima di procedere con l'esperimento.

Per iniziare l'esperimento, puntare il laser LDV nel punto di acquisizione desiderato sul campione di metamateriale. Il test di trasmissione pitch catch ha rivelato una caduta del segnale all'interno della gamma di frequenza, indicando la banda di frequenza.