Charakterystyka rozpraszających elastycznych metamateriałów wytwarzanych w procesie wytwarzania przyrostowego

Moje badania mają na celu scharakteryzowanie właściwości lepkosprężystych aktywnie wytwarzanych polimerów oraz zbadanie wpływu na dynamikę metamateriałów elastycznych. Staram się zrozumieć, w jaki sposób te właściwości mogą wnioskować o ścieraniu fal przy częstotliwościach operacyjnych, co może obejmować precyzyjną charakterystykę i potencjalne modyfikacje. Charakterystyka polimerów wymaga specjalistycznej wiedzy z zakresu materiałoznawstwa, radiologii, specjalistycznych konfiguracji i szkoleń, których często brakuje badaczom zajmującym się metamateriałami.

Podobnie ultradźwiękowa analiza tłumienia fal i metamateriałów obejmuje techniki nieznane inżynierom chemikom. W związku z tym połączenie tych dwóch dziedzin stanowi poważne wyzwanie eksperymentalne. Lepkosprężystość w polimerach jest złożonym zjawiskiem i istnieją ograniczone dane dotyczące modułów magazynowania i strat przy częstotliwościach ultradźwiękowych, szczególnie w przypadku polimerów wytwarzanych przyrostowo.

Celem jest połączenie właściwości materiału z dynamiką metamateriałów sterowaną strukturą, umożliwiając w ten sposób solidną i niezawodną konstrukcję dla docelowych częstotliwości roboczych. Nasz protokół łączy testy produkcyjne, chemiczne, ultradźwiękowe i chemiczne z analizą numeryczną, aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób nasze właściwości szkolne wpływają na dynamikę metamateriałów polimerowych. Wiedza ta poprawi projektowanie metamateriałów do zastosowań w taktowaniu akustycznym, prowadzeniu fal, pozyskiwaniu energii i innych dziedzinach wymagających skutecznej kontroli fal.

Nasze przyszłe działania będą koncentrować się na analizie, jak różne parametry druku 3D wpływają na właściwości lepkosprężyste części końcowych. Badane są również mechanizmy modyfikacji tych właściwości w celu wpłynięcia na dynamiczne zachowanie metamateriałów polimerowych. Naszym celem jest stworzenie dokładniejszych i wydajniejszych modeli symulujących zachowanie lepkosprężyste w złożonych geometriach do zastosowań akustycznych i ultradźwiękowych.

Aby rozpocząć, wyprodukuj prostopadłościenne próbki testowe w oparciu o wymiary podane w przedstawionej tutaj tabeli. Określ zakres temperatur testowych, unikając i pozostając znacznie poniżej materiałów, temperatury topnienia. Wybierz szybkość ogrzewania od jednego do trzech stopni Celsjusza na minutę.

Aby uzyskać optymalne wyniki, wybierz najniższą wartość szczepu. Ustaw parametry przemiatania częstotliwości i szybkości ogrzewania. Do kalibracji należy użyć konfiguracji testu z pojedynczym wspornikiem.

Rozpocznij proces kalibracji, aby zapewnić dokładność. Aby zacisnąć próbkę, poluzuj stacjonarnych i regulowanych clamps, gdy włączony jest tryb parkowania. Przesuń próbkę testową z jednej strony i oprzyj ją na gwintach zacisków.

Następnie dokręć regulowane zaciski, a następnie stacjonarne zaciski. Aby ponownie zainstalować piekarnik, umieść go nad konfiguracją testową i ręcznie wprowadź temperaturę początkową. Odczekaj co najmniej trzy minuty po osiągnięciu żądanej temperatury.

Teraz rozpocznij pomiary. Po zakończeniu pomiarów i powrocie temperatury pieca do temperatury otoczenia, należy wyjąć piec i próbkę, a następnie wyeksportować dane i przesunąć krzywe do temperatury odniesienia przy użyciu odpowiednich współczynników przesunięcia, aby uzyskać krzywą wzorcową w temperaturze odniesienia. Zacznij od utworzenia nowego modelu za pomocą kreatora modelu.

Wybrać wymiar pomieszczenia 3D i dodać badanie mechaniki bryłowej. Następnie należy wybrać badanie w dziedzinie częstotliwości do analizy transmisji. W zakładce definicje globalne zdefiniuj odpowiednie parametry i przypisz do nich wartości.

Korzystając z dostępnych narzędzi, utwórz geometrię modelu metamaterialnego. Teraz kliknij prawym przyciskiem myszy komponenty, aby uzyskać dostęp do zakładki definicje, a następnie wybierz sondy i wybierz sondę graniczną. Przypisz granicę modelu do tej sondy granicznej, w której ma zostać obliczone tłumienie transmisji.

Aby zdefiniować idealnie dopasowaną warstwę lub PML, kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę definicje i przypisz właściwości PML do bloków geometrycznych otaczających geometrię metamateriału. Zastosuj okresowe warunki brzegowe na ścianach prostopadłych do kierunku okresowości i włącz funkcję ciągłości. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę materiały i dodaj materiały z biblioteki, aby przypisać właściwości materiału do geometrii.

Na karcie komponentu kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę liniowe materiały sprężyste i wybierz model materiału o lepkosprężystości. Wprowadź tensor dewiatoryczny uzyskany z obliczeń na podstawie wyników DMA. Następnie kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę zalecanego przemieszczenia i wybierz z okna graficznego część modelu, która ma być dynamicznie wzbudzona.

Przypisz amplitudę przemieszczenia poza płaszczyzną w oczekiwanym położeniu elementu piezoelektrycznego. Następnie wygeneruj odpowiednią siatkę dla analizowanego modelu. Teraz wybierz odpowiednią funkcję przesunięcia z menu rozwijanego.

Tę opcję należy wybrać opcję brak, jeśli wpływ temperatury jest już uwzględniony w wynikach DMA, które mają zostać użyte. Wybierz odpowiedni model lepkosprężysty i wprowadź wartości tensora dewiatorycznego na podstawie obliczeń. Z biblioteki badań wybierz opcję dodaj badanie, wybierz dziedzinę częstotliwości i wprowadź docelowy zakres częstotliwości.

Następnie naciśnij przycisk obliczeń, aby obliczyć badanie. Teraz kliknij prawym przyciskiem myszy zakładkę wyników i wybierz funkcję grupy wykresów 1D. Kliknij prawym przyciskiem myszy utworzoną grupę działek 1D i wybierz z opcji opcję globalną.

Na karcie Dane osi Y w oknie ustawień wprowadź wyrażenie matematyczne dla strat transmisji i wykreśl dane. Wyniki numeryczne obliczeń transmisyjnych wykazały spadek poziomu transmisji przekraczający 20 decybeli, co stanowi przerwę w paśmie częstotliwości zaobserwowaną w zakresie częstotliwości. Na początek wybierz odpowiednie źródło wzbudzenia na podstawie przewidywań numerycznych dla zakresu częstotliwości roboczej.

Nałóż taśmę odblaskową na próbkę testową w zamierzonym punkcie akwizycji sygnału, aby poprawić wykrywanie sygnału laserowego. Dostosuj położenie i kąt lasera LDV, aby skierować go w stronę taśmy odblaskowej. Podłącz komputer do generatora sygnału, a następnie wzmacniacz podłączony do piezoelektrycznego, aby utworzyć obwód elektryczny.

Po nawiązaniu prawidłowego połączenia rozpocznij test. Aby utworzyć dwa oddzielne projekty do generowania i akwizycji sygnału, wybierz odpowiedni sprzęt z okna dialogowego menedżera uruchamiania dla generatora i digitizera. Kliknij start, aby rozpocząć proces na karcie trybu wprowadzania i wybierz tryb nagrywania.

Wstępnie wybierz standardowy tryb pojedynczy, umożliwiający regulację parametrów, takich jak rozmiar pamięci. Następnie ustaw żądaną częstotliwość próbkowania w zakładce zegara. Skonfiguruj tryb wyzwalania na karcie wyzwalacza.

Aby zainicjować nagrywanie pojedynczego ujęcia, kliknij ruchomy przycisk zielonej strzałki w prawo. Po zakończeniu zakończ nagrywanie za pomocą przycisku stop. Skorzystaj z opcji łatwego generatora oprogramowania pomiarowego, aby wygenerować proste funkcje wzbudzenia, takie jak fale znakowe lub impulsy prostokątne.

Alternatywnie przejdź do nowej zakładki. Wybierz obliczenia sygnału i wybierz opcję generatora funkcji. Określ długość sygnału i rozpocznij sygnał.

Aby wykonać szybką transformację furiera na sygnale, wybierz obliczenia sygnału w obszarze kanały wejściowe i wybierz FFT. Wybierz odpowiednią funkcję okna do obliczeń FFT. Przed rozpoczęciem testu skieruj laser LDV na źródło wibracji.

Wyślij sygnał i oblicz FFT, aby sprawdzić konfigurację w celu zapewnienia prawidłowego działania. W innym oknie oprogramowania pomiarowego obserwuj odebrany sygnał. Dopasuj wyniki FFT w obu oknach przed kontynuowaniem eksperymentu.

Aby rozpocząć eksperyment, skieruj laser LDV na żądany punkt akwizycji na próbce metamateriału. Test transmisji pitch catch wykazał spadek sygnału w zakresie częstotliwości, co wskazuje na przerwę pasma częstotliwości.