적층 제조(Additive Manufacturing)에 의해 생산된 소산 탄성 메타물질의 특성화

제 연구는 활발하게 제조되는 폴리머의 점탄성 특성을 특성화하고 탄성 메타물질의 역학에 미치는 영향을 조사하는 것을 목표로 합니다. 저는 이러한 속성이 작동 주파수에서 파동 감소를 추론할 수 있는 방법을 이해하려고 하며, 여기에는 정확한 특성화 및 잠재적 수정이 포함될 수 있습니다. 폴리머 특성 분석에는 재료 과학, 방사선학, 특수 설정 및 교육에 대한 전문 지식이 필요한데, 메타물질 연구자에게는 이러한 전문 지식이 부족한 경우가 많습니다.

마찬가지로, 파동 감쇠 및 메타 물질의 초음파 분석에는 화학 엔지니어에게 익숙하지 않은 기술이 포함됩니다. 결과적으로 이 두 분야를 병합하는 것은 상당한 실험적 과제를 제기합니다. 폴리머의 점탄성은 복잡한 현상이며 특히 적층 제조된 폴리머의 경우 초음파 주파수에서 저장 및 손실 계수에 대한 데이터가 제한되어 있습니다.

목표는 재료 특성을 메타물질의 구조 기반 역학과 연결하여 목표 작업 주파수에 대한 견고하고 신뢰할 수 있는 설계를 가능하게 하는 것입니다. 당사의 프로토콜은 제조, 화학, 초음파 및 화학 테스트를 수치 분석과 결합하여 당사의 학문적 특성이 고분자 메타물질의 역학에 미치는 영향에 대한 이해를 높입니다. 이 지식은 acoustic clocking, wave guiding, energy harvesting 및 효과적인 파동 제어가 필요한 기타 분야의 응용 분야를 위한 메타물질 설계를 개선할 것입니다.

우리의 향후 활동은 다양한 3D 프린팅 매개변수가 최종 부품의 점탄성 특성에 어떤 영향을 미치는지 분석하는 데 중점을 둘 것입니다. 또한 고분자 메타물질의 동적 거동에 영향을 미치기 위해 이러한 특성을 수정하는 메커니즘을 탐구합니다. 우리는 음향 및 초음파 응용 분야를 위한 복잡한 기하학적 구조에서 점탄성 거동을 시뮬레이션하기 위해 보다 정확하고 효율적인 모델을 만드는 것을 목표로 합니다.

시작하려면 여기에 표시된 표에 제공된 치수를 기준으로 직육면체 테스트 샘플을 제작합니다. 테스트 온도 범위를 정의하고 재료, 용융 온도를 피하고 훨씬 낮게 유지합니다. 분당 섭씨 1도에서 3도 사이의 가열 속도를 선택하십시오.

최적의 결과를 얻으려면 가장 낮은 변형률 값을 선택하십시오. 주파수 스윕과 가열 속도에 대한 매개변수를 설정합니다. 교정을 위해 단일 캔틸레버 테스트 구성을 사용합니다.

정확성을 보장하기 위해 보정 프로세스를 시작합니다. 을 위해ample, 고정 및 조정 가능한 cl의 나사를 풉니다.amps 주차 모드가 활성화되면. 테스트 샘플을 한쪽으로 밀어 클램프의 나사산에 놓습니다.

그런 다음 조정 가능한 cl을 조입니다.amps를 누른 다음 고정 clamps. 오븐을 다시 설치하려면 테스트 구성 위에 오븐을 놓고 초기 온도를 수동으로 입력하십시오. 원하는 온도에 도달한 후 최소 3분 동안 기다리십시오.

이제 측정을 시작합니다. 측정이 완료되고 오븐 온도가 주변 온도로 돌아오면 오븐과 샘플을 제거한 다음 데이터를 내보내고 적절한 이동 계수를 사용하여 곡선을 기준 온도로 이동하여 기준 온도에서 마스터 곡선을 얻습니다. 먼저 모델 마법사를 사용하여 새 모델을 만듭니다.

3D 공간 치수를 선택하고 솔리드 역학 연구를 추가합니다. 그런 다음 전송 분석을 위한 주파수 영역 연구를 선택합니다. global definitions 탭에서 관련 매개변수를 정의하고 값을 할당합니다.

사용 가능한 도구를 사용하여 메타물질 모델의 형상을 생성합니다. 이제 components를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 definitions 탭에 액세스한 다음 probes를 선택하고 boundary probe를 선택합니다. 전송 손실을 계산할 이 경계 프로브에 모델의 경계를 할당합니다.

완벽하게 일치하는 레이어 또는 PML을 정의하려면 정의 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 메타물질 지오메트리를 둘러싼 기하학적 블록에 PML 속성을 할당합니다. 주기 방향에 수직인 면에 주기적 경계 조건을 적용하고 연속성 피쳐를 활성화합니다. 그런 다음 materials 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 라이브러리에서 materials를 추가하여 형상에 재료 속성을 할당합니다.

component 탭에서 linear elastic materials 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 점탄성 재료 모델을 선택합니다. DMA 결과를 기반으로 계산에서 얻은 편차 텐서를 입력합니다. 그런 다음 지정된 변위 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 그래픽 창에서 동적으로 여자할 모델의 일부를 선택합니다.

평면 이탈 변위의 진폭을 piezo 요소의 예상 위치에 지정합니다. 그런 다음 해석된 모델에 적합한 메쉬를 생성합니다. 이제 드롭다운 메뉴에서 적절한 시프트 기능을 선택합니다.

사용할 DMA 결과에서 온도 효과가 이미 고려된 경우 없음을 선택합니다. 적절한 점탄성 모델을 선택하고 계산에 따라 편차 텐서의 값을 입력합니다. 스터디 라이브러리에서 스터디 추가 옵션을 선택하고 주파수 영역을 선택한 다음 목표 주파수 범위를 입력합니다.

그런 다음 계산 버튼을 눌러 스터디를 계산합니다. 이제 결과 탭을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 1D 플롯 그룹 기능을 선택합니다. 생성된 1D 플롯 그룹을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 옵션에서 전역을 선택합니다.

설정 창의 Y축 데이터 탭에서 전송 손실에 대한 수학적 표현식을 입력하고 데이터를 플로팅합니다. 전송 계산을 위한 수치 결과는 20데시벨을 초과하는 전송 레벨의 저하를 보여주었으며, 이는 주파수 범위 내에서 관찰된 주파수 대역 갭을 나타냅니다. 시작하려면 작동 주파수 범위에 대한 수치 예측을 기반으로 적절한 여기 소스를 선택하십시오.

의도한 신호 획득 지점에서 테스트 표본에 반사 테이프를 적용하여 레이저 신호 감지를 개선합니다. LDV 레이저의 위치와 각도를 조정하여 반사 테이프 쪽으로 향하게 합니다. 컴퓨터를 신호 발생기에 연결한 다음 압전에 연결된 증폭기에 연결하여 전기 회로를 만듭니다.

적절한 연결이 설정되면 테스트를 시작합니다. 신호 생성 및 수집을 위한 두 개의 개별 프로젝트를 생성하려면 시작 관리자 대화 상자에서 생성기와 디지타이저에 적합한 하드웨어를 선택하십시오. 시작을 클릭하여 입력 모드 탭에서 프로세스를 시작하고 녹음 모드를 선택합니다.

표준 단일 모드를 미리 선택하여 mem 크기와 같은 매개변수를 조정할 수 있습니다. 그런 다음 시계 탭에서 원하는 샘플링 속도를 설정합니다. trigger 탭에서 트리거링 모드를 구성합니다.

단일 샷 녹화를 시작하려면 오른쪽 이동 녹색 화살표 버튼을 클릭합니다. 완료되면 중지 버튼을 사용하여 녹음을 종료합니다. 측정 소프트웨어의 간편한 생성기 옵션을 사용하여 부호파 또는 직사각형 펄스와 같은 간단한 여기 함수를 생성할 수 있습니다.

또는 새 탭으로 이동합니다. 신호 계산을 선택하고 함수 생성기 옵션을 선택합니다. 신호의 길이를 정의하고 신호를 시작합니다.

신호에 대해 더 빠른 퓨리어 변환을 수행하려면 입력 채널에서 신호 계산을 선택하고 FFT를 선택하십시오. FFT 계산에 적합한 윈도우 함수를 선택합니다. 테스트를 시작하기 전에 LDV 레이저가 진동원을 가리키도록 하십시오.

신호를 보내고 FFT를 계산하여 구성을 검사하여 제대로 작동하는지 확인합니다. 측정 소프트웨어의 다른 창에서 수신된 신호를 관찰합니다. 실험을 진행하기 전에 두 창에서 FFT 결과를 일치시킵니다.

실험을 시작하려면 LDV 레이저를 메타물질 샘플의 원하는 획득 지점으로 향하게 합니다. 피치 캐치 전송 테스트에서 주파수 대역 갭을 나타내는 주파수 범위 내의 신호 강하가 나타났습니다.