一种五零能模式材料的单胞结构参数与频散特性分析.pdf

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1、第54卷第9期V01．54No．9农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2016年9月September2016doi：10．3969／j．issn．1673—3142．2016．09．002一种五零能模式材料的单胞结构参数与频梁坤1，王晓明1，梅玉林2f1．116024辽宁省大连市大连理工大学机械工程学院；2．116024辽宁省大连市大连理工大学汽车工程学院)[摘要】五零能模式材料是一类人工超材料，在隐声斗篷和声透镜制作等领域具有巨大的前景，因而受到广泛关注。针对一种五零能模式材料单胞构型，利用

2、有限单元法分析了该单胞在低频范围内的频散特性，并与准静态分析结果进行对比。两者计算结果基本一致。同时，探讨了单胞内圆台长度和立方体边长的长度分别对该材料波速的影响规律。结果表明这两种结构参数的增大均能提高材料的波速比和等效弹性模量之比。[关键词】五零能模式材料；有限元方法；频散特性；结构参数[中图分类号]TB33【文献标志码】A[文章编号】1673—3142(2016)09--0007-05AnalysisofDisl弛rsionClmracteristicsofaPentamodeMetamaterialandTheStructuralParameter

3、sLiangKtml，WangXiaomin91，MeiYttlin2(1．MechanicalEngineeringDepartment，DalianUniversityofTechnology，DalianCity，LiaoningProvince116024，China；2．VehicleEngineeringDepartment，DalianUniversityofTechnology，DalianCity，LiaoningProvince116024，China)[Abstract]Pentamodemetamaterialsareaclasso

4、fartificialmetamaterials．ItattractsmoreaRenfionsbecauseitcanbeusedtomanufactureacousticcloakandlenswithgreatprospect．Finiteelementmethodisusedtoanalyzethedispersioncharacteristicsofaunitcellstructureofpentamodemetamaterialsinlowfrequencyrange．Andtheresultsarebasicallyconsistentwit

5、hthosecalculatedbyquasi—staticmethods．Meanwhile，wediscusstheinfluencesofthelengthoftruncatedconesandtheedgelengthofcubesintheunitcellonwavevelocity，respectively．Theresearchesshowthattheratioofwavevelocityandequivalentelasticmodulusbecomegreaterasincreasingthetwolengthparameters，re

6、spectively．[Keywords]pentamodemetamaterials；finiteelementmethod；dispersioncharacteristics；structureparameters0引言五零能模式材料的概念最早要追溯到1995年，是由Milton和Cherkaev[11提出的，由于其弹性模量矩阵的特征值有5个为零或者极小，使得该材料的体积模量远大于剪切模量。弹性性能类似于流体。2008年，No删s[2‘3】在研究变换声学理论时指出．基于五零能模式材料的刚度各向异性和密度各向同性等特性来设计声学斗篷，能在克服传统惯性声学

7、斗篷设计缺陷的同时，获得良好的声隐身效果。至此开启了五零能模式材料的研究热潮。近年来，针对五零能模式材料，研究最为广泛的是Milton等人⋯提出的金刚石型单胞构型。为了获得稳定的五零能模式材料，Kadict4]等人在微杆连接处使用有限小尺寸。研究了等效体积模量和剪切模量与微杆连接处尺寸的关系。随后MartinE51等人通过材料的频散特性计算了材料的基金项目：国家自然科学基金项目(No．11372059，No．11272073)收稿13期：2016—04—14修回El期：2016掉21膨胀波和剪切波波速。并与静态分析结果进行了对比验证。Kadict6]等人研

8、究了各向异性五零能模式材料的力学特性．结果表明该材料较大的各向异性