类似于Nacre的块格子超材料具有向的声波带间隙和机械性能

科学领域:

• 材料科学与工程 材料科学与工程
• 超材料是指一种超材料.
• 生物灵感设计的设计

背景情况:

• 类似纳克的复合元材料由于其"和砂"结构而表现出优越的准静态机械性能.
• 纳克的等级结构被理论化为提供宽带差距,但它们的动态行为和多目标优化仍然未得到充分探索.
• 大自然优化了系统的硬度,耐疲劳和波弱化之间的权衡,为人工系统提供了一个模型.

研究的目的:

• 开发具有等级架构的块格子超材料,具有同时波波过和增强的机械性能.
• 克服使用人工神经网络 (ANN) 和贝叶斯优化超材料设计的传统设计方法的局限性.
• 探索的几何学,材料属性和功能性能之间的关系.

主要方法:

• 利用深度学习,特别是人工神经网络 (ANN),以建模纳克尔几何和材料特性之间的复杂相互作用.
• 采用贝叶斯优化来识别基于所需的适应性要求的最佳几何常数.
• 执行数值模拟以验证设计并分析波传播特征.

主要成果:

• 证明了设计的块格子元材料中存在完整的带间隙,这是由于合的局部共振和布拉格散射效应引起的.
• 展示了带隙频率可以通过改变几何配置和体积分数分布来调整.
• 建立了拓安排,构成阶段性质和由此产生的波衰减能力之间的联系.

结论:

• 开发的深度学习方法可以有效预测,参数设计和块格子元材料的拓设计.
• 层次架构的块格子超材料可以设计为同时实现机械强度和波功能.
• 这项研究为创建先进的超材料和声学/弹性透镜铺平了道路,用于具有挑战性的环境中的应用.