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TPMS结构带隙宽度和中心频率定制研究
International Journal of Mechanics and Materials in Design ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-09-30 , DOI: 10.1007/s10999-023-09677-2 Tarcisio Silva , Jin-You Lu , Rashid K. Abu Al-Rub , Dong-Wook Lee
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更新日期:2023-09-30
International Journal of Mechanics and Materials in Design ( IF 2.7 ) Pub Date : 2023-09-30 , DOI: 10.1007/s10999-023-09677-2 Tarcisio Silva , Jin-You Lu , Rashid K. Abu Al-Rub , Dong-Wook Lee
三周期最小表面(TPMS)晶格结构具有轻质、高强度、能量吸收和波传播控制等优异性能,近年来得到广泛研究。然而,设计 TPMS 时的主要挑战之一是正确选择电池类型和体积比,以获得特定应用所需的特性。为此,这项工作对七种主要单元类型 TPMS 结构(包括 Primitive、Gyroid、Neovius、IWP、Diamond、Fischer-Koch S 和 FRD)在低于 2 kHz 频率范围内的带隙形成进行了全面的数值研究。以获得全面的体积比范围。结果表明,这七个 TPMS 结构在第三和第四色散曲线之间呈现出完整的带隙。带隙宽度很大程度上取决于 TPMS 晶格,并且当体积比超过 0.3 时,Neovius 和 Primitive 晶格上的带隙最宽(最大宽度分别为 0.458 kHz 和 0.483 kHz)。低于这个体积比,Primitive 结构的带隙可以忽略不计,Neovius 和 IWP 结构是 7 个测试的 TPMS 案例中的最佳候选。带隙的中心频率对晶格不太敏感,并且主要由体积比调整。通过这项研究,我们证明了周期性单元类型和体积比的正确选择可以将完整带隙的带宽调整为从几十赫兹到0.48 kHz,而中心频率可以根据需要在0.72到1.81 kHz之间选择。体积比。本研究的目标是为超材料设计师提供 Primitive、Gyroid、Neovius、IWP、Diamond、Fischer-Koch S 和 FRD TPMS 结构的数据库。
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