Характеристика диссипативных упругих метаматериалов, полученных методом аддитивного производства

Целью моей работы является характеристика вязкоупругих свойств активно производимых полимеров и изучение влияния на динамику упругих метаматериалов. Я стремлюсь понять, как эти свойства могут привести к истиранию волн на рабочих частотах, что может включать в себя точное определение характеристик и потенциальные модификации. Определение характеристик полимеров требует знаний в области материаловедения, радиологии, специализированных установок и обучения, которых часто не хватает исследователям метаматериалов.

Точно так же ультразвуковой анализ затухания волн и метаматериалов включает в себя методы, незнакомые инженерам-химикам. Следовательно, слияние этих двух областей создает значительные экспериментальные проблемы. Вязкоупругость полимеров является сложным явлением, и существуют ограниченные данные по модулям накопления и потерь на ультразвуковых частотах, особенно для полимеров, изготовленных методом аддитивного производства.

Цель состоит в том, чтобы связать свойства материала с динамикой метаматериалов, управляемой структурой, тем самым обеспечивая прочную и надежную конструкцию для заданных рабочих частот. Наш протокол сочетает в себе производственные, химические, ультразвуковые и химические испытания с численным анализом, чтобы улучшить наше понимание того, как наши учебные свойства влияют на динамику полимерных метаматериалов. Эти знания улучшат проектирование метаматериалов для приложений в акустической синхронизации, управлении волнами, сборе энергии и в других областях, требующих эффективного управления волнами.

Наша дальнейшая деятельность будет сосредоточена на анализе того, как различные параметры 3D-печати влияют на вязкоупругие свойства конечных деталей. Кроме того, исследуются механизмы изменения этих свойств для влияния на динамическое поведение полимерных метаматериалов. Мы стремимся создавать более точные и эффективные модели для моделирования вязкоупругого поведения в сложных геометриях для акустических и ультразвуковых применений.

Для начала изготовьте кубоидальные тестовые образцы на основе размеров, приведенных в приведенной здесь таблице. Определите диапазон температур испытания, избегая и оставаясь значительно ниже материалов, температуру плавления. Выберите скорость нагрева от одного до трех градусов Цельсия в минуту.

Для достижения оптимальных результатов выбирайте наименьшее значение деформации. Задайте параметры развертки по частоте и скорости нагрева. Для калибровки используйте тестовую конфигурацию с одним консолью.

Запустите процесс калибровки, чтобы убедиться в точности. Для зажима образца ослабьте винты неподвижных и регулируемых зажимов при активации парковочного режима. Проденьте испытуемый образец через одну сторону и положите его на резьбу зажимов.

Затем затяните регулируемые зажимы, а затем неподвижные зажимы. Чтобы переустановить духовой шкаф, поместите его на тестовую конфигурацию и введите начальную температуру вручную. Подождите не менее трех минут после достижения нужной температуры.

Теперь приступаем к измерениям. После завершения измерений и возвращения температуры печи к уровню окружающей среды извлеките печь и образец, затем экспортируйте данные и сдвиньте кривые к эталонной температуре с использованием соответствующих коэффициентов сдвига для получения эталонной кривой при эталонной температуре. Начните с использования мастера моделей для создания новой модели.

Выберите пространственный размер 3D и добавьте исследование механики твердого тела. Затем выберите исследование в частотной области для анализа передачи. На вкладке «Глобальные определения» определите соответствующие параметры и присвойте им значения.

Используя доступные инструменты, создайте геометрию модели метаматериала. Теперь щелкните правой кнопкой мыши компоненты, чтобы получить доступ к вкладке определений, затем выберите щупы и выберите граничный щуп. Назначьте этому граничному щупу границу модели, в которой будут рассчитываться потери при передаче.

Чтобы определить идеально подходящий слой или PML, щелкните правой кнопкой мыши вкладку определений и назначьте свойства PML геометрическим блокам, окружающим геометрию метаматериала. Применение периодических граничных условий на гранях, перпендикулярных направлению периодичности, и включение функции непрерывности. Затем щелкните правой кнопкой мыши вкладку материалов и добавьте материалы из библиотеки, чтобы назначить свойства материалов геометрии.

На вкладке компонента щелкните правой кнопкой мыши вкладку линейных упругих материалов и выберите модель вязкоупругого материала. Введите девиаторный тензор, полученный в результате расчета, на основе результатов DMA. Затем щелкните правой кнопкой мыши на вкладке «Заданное смещение» и выберите часть модели, которую необходимо динамически возбуждать в графическом окне.

Задайте амплитуду смещения вне плоскости в ожидаемом положении пьезоэлемента. Затем сгенерируйте подходящую сетку для анализируемой модели. Теперь выберите подходящую функцию сдвига из выпадающего меню.

Выберите «Нет», если температурные эффекты уже учтены в результатах DMA, которые будут использоваться. Выберите подходящую вязкоупругую модель и введите значения девиаторного тензора на основе расчетов. В библиотеке исследований выберите опцию «Добавить исследование», выберите частотную область и введите целевой диапазон частот.

Затем нажмите кнопку «Вычислить», чтобы рассчитать исследование. Теперь щелкните правой кнопкой мыши вкладку результатов и выберите функцию группы 1D-графиков. Щелкните правой кнопкой мыши по созданной группе 1D графиков и выберите глобальный из предложенных вариантов.

На вкладке Данные по оси Y окна настроек введите математическое выражение для потерь при передаче и отобразите данные. Численные результаты расчетов передачи показали падение уровня передачи более чем на 20 децибел, что представляет собой полосу частот, наблюдаемую в диапазоне частот. Для начала выберите подходящий источник возбуждения на основе численных прогнозов для рабочего диапазона частот.

Наклейте отражающую ленту на испытуемый образец в предполагаемой точке получения сигнала для улучшения обнаружения лазерного сигнала. Отрегулируйте положение и угол наклона лазера LDV, чтобы направить его в сторону отражающей ленты. Подключите компьютер к генератору сигналов, а затем усилитель, подключенный к пьезо, чтобы создать электрическую цепь.

Как только правильное соединение будет установлено, начните тест. Чтобы создать два отдельных проекта для генерации и сбора сигналов, выберите соответствующее оборудование в диалоговом окне начального менеджера для генератора и дигитайзера. Нажмите «Пуск», чтобы запустить процесс на вкладке «Режим ввода» и выберите режим записи.

Предварительно выберите стандартный одиночный режим, позволяющий регулировать параметры, например, размер мема. Затем установите желаемую частоту дискретизации на вкладке часов. Настройте режим срабатывания на вкладке триггеров.

Чтобы начать запись одного кадра, нажмите вправо движущуюся зеленую кнопку со стрелкой. После этого завершите запись с помощью кнопки «Стоп». Используйте простой генератор измерительного программного обеспечения для генерации простых функций возбуждения, таких как знаковые волны или прямоугольные импульсы.

Вы также можете перейти на новую вкладку. Выберите расчет сигналов и выберите опцию генератора функций. Определите длину сигнала и запустите сигнал.

Чтобы выполнить быстрое преобразование сигнала, выберите расчет сигнала в разделе входных каналов и выберите БПФ. Выберите подходящую оконную функцию для расчета БПФ. Перед началом испытания направьте лазер LDV на источник вибрации.

Отправьте сигнал и рассчитайте БПФ, чтобы проверить конфигурацию и убедиться в правильной работе. В другом окне измерительного программного обеспечения наблюдайте за принимаемым сигналом. Сопоставьте результаты БПФ в обоих окнах, прежде чем продолжить эксперимент.

Чтобы начать эксперимент, направьте лазер LDV на нужную точку сбора данных на образце метаматериала. Испытание передачи с улавливанием шага показало падение сигнала в пределах частотного диапазона, указывающее на частотную зону.