表征通过增材制造制备的耗散弹性超材料

我的研究旨在表征主动制造的聚合物的粘弹性特性，并探究其对弹性超材料动力学行为的影响。我希望理解这些特性如何影响工作频率下的波衰减，这可能包括精确的表征与潜在的改性。聚合物的表征需要材料科学、放射学、专用实验装置和相关培训方面的专业知识，而这些往往是超材料领域的研究人员所缺乏的。

类似地，超声波衰减和超材料的超声分析涉及化学工程师不熟悉的技术。因此，将这两个领域结合起来会带来重大的实验挑战。聚合物的粘弹性是一种复杂的现象，在超声频率下关于储能模量和损耗模量的数据有限，特别是对于增材制造的聚合物而言更为缺乏。

目标是将材料特性与超材料的结构驱动动力学联系起来，从而为特定工作频率提供稳健且可靠的设计。我们的方案结合了制造、化学、超声和化学测试以及数值分析，以加深我们对学术特性如何影响聚合物超材料动力学的理解。这一知识将改进超材料的设计，推动其在声学时钟、波导、能量收集以及其他需要有效波控制领域的应用。

我们未来的研究工作将聚焦于分析不同3D打印参数如何影响最终部件的黏弹性特性，同时探索调控这些特性的机制，以影响聚合物超材料的动态行为。我们的目标是建立更精确、更高效的模型，用于模拟复杂几何结构中在声学和超声应用中的黏弹性行为。

首先，根据此处所示表格中提供的尺寸制备长方体测试样品。确定测试温度范围，避免接近或达到材料的熔点温度，并应远低于该温度。选择1至3摄氏度每分钟之间的加热速率。

为获得最佳结果，请选择最低的应变值。设置频率扫描和升温速率的参数。校准时，采用单悬臂测试构型。

启动校准程序以确保准确性。在激活停放模式时，松开固定夹和可调夹的螺丝以夹持样品。将测试样品从一侧滑入，并放置在夹具的螺纹上。

然后先拧紧可调夹具，再拧紧固定夹具。重新安装烘箱时，将其放置在测试装置上方，并手动输入初始温度。达到设定温度后，至少等待三分钟。

现在开始测量。待测量完成后，当烘箱温度恢复至环境温度时，取出烘箱和样品，导出数据，并使用适当的平移因子将曲线平移至参考温度，以获得在该参考温度下的主曲线。首先，使用模型向导创建一个新模型。

选择三维空间维度并添加固体力学研究，然后选择频域研究以进行透射分析。在全局定义选项卡下，定义相关参数并为其赋值。

利用现有工具，创建超材料模型的几何结构。然后右键单击组件以访问“定义”选项卡，接着选择“探针”并选择“边界探针”。将模型上的某个边界分配给该边界探针，用于计算传输损耗。

要定义一个完美匹配层（PML），请右键单击“定义”选项卡，并将PML属性分配给超材料几何结构周围的几何块。在垂直于周期性方向的面上施加周期性边界条件，并启用连续性功能。然后右键单击“材料”选项卡，从材料库中添加材料，以将材料属性分配给几何结构。

在组件选项卡中，右键单击线性弹性材料选项卡，选择粘弹性材料模型。根据DMA测试结果，输入计算得到的偏应力张量。接下来，右键单击指定的位移选项卡，从图形窗口中选择模型的一部分进行动态激励。

在压电元件的预期位置指定面外位移的幅值。然后为分析模型生成合适的网格。现在从下拉菜单中选择一个合适的移位函数。

如果待使用的 DMA 结果中已考虑温度效应，则选择“无”。选择合适的粘弹性模型，并根据计算结果输入偏应力张量的数值。从研究库中选择“添加研究”选项，选择频域，然后输入目标频率范围。

然后按计算按钮以计算该研究。现在，在结果选项卡上单击右键，选择 1D 绘图组功能。在生成的 1D 绘图组上单击右键，从选项中选择全局（global）。

在设置窗口的 Y 轴数据选项卡中，输入透射损耗的数学表达式并绘制数据。透射计算的数值结果表明，透射水平下降超过 20 分贝，代表在该频率范围内观察到的频率带隙。首先，根据操作频率范围的数值预测结果，选择合适的激励源。

在测试样品的预定信号采集点处粘贴反光胶带，以提高激光信号的检测效果。调整激光多普勒测振仪（LDV）激光束的位置和角度，使其对准反光胶带。将计算机连接至信号发生器，再将放大器连接至压电元件，以构成一个电气回路。

建立正确的连接后，开始测试。为了创建用于信号生成和采集的两个独立项目，请在启动管理器对话框中分别为信号发生器和数字采集器选择合适的硬件。单击“开始”以在输入模式选项卡中启动该过程，并选择一种记录模式。

预先选择标准单通道模式，以便调整参数，如内存大小。然后在时钟选项卡下设置所需的采样率。在触发选项卡下配置触发模式。

要开始单次录制，请点击向右移动的绿色箭头按钮。完成后，使用停止按钮结束录制。利用测量软件的简易信号发生器功能，可生成简单的激励函数，例如正弦波或矩形脉冲。

或者，切换至新标签页。选择信号计算，然后选择函数发生器选项。定义信号的长度并启动信号。

对信号执行快速傅里叶变换时，在输入通道下选择信号计算并选择FFT。为FFT计算选择适当的窗函数。在开始测试前，将LDV激光指向振动源。

发送信号并计算FFT以检查配置，确保设备正常运行。在测量软件的另一个窗口中，观察接收到的信号。在继续实验之前，需确认两个窗口中的FFT结果一致。

开始实验时，将LDV激光指向超材料样品上所需的数据采集点。音高捕捉透射测试显示在该频率范围内信号下降，表明存在频率带隙。