Von einem Epizentrum aus können sich Oberflächenwellen von Erdbeben, Explosionen und anderen menschlichen Aktivitäten ausbreiten und Schäden verursachen. Solche Wellen können kontrolliert werden, um Schäden und Zerstörung zu vermeiden. Oberflächenwellenfilterung und -modifikation können wünschenswerte Eigenschaften in kleinen elektrischen Geräten in immer kleineren Maßstäben erzeugen.
Forscher des Penn State College of Engineering haben nun fabrizierte, gemusterte Schichten mit abstimmbaren Eigenschaften geschaffen, die als Metaoberflächen bezeichnet werden und Oberflächenwellen modulieren. Sie taten dies mit einer taktischen Entwurfsstrategie, die als Topologieoptimierungsmethode (TOM) bekannt ist. Das Team unter der Leitung von Parisa Shokouhi, Professorin für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, berichtete über seine Ergebnisse in JASA Express Letters.
„Unser multidisziplinäres Team hat eine Metaoberflächenbarriere entwickelt, die aus resonanten oder vibrierenden Strukturen besteht, um zu verhindern, dass sich Plattenwellen zu einem bestimmten Ort ausbreiten“, sagte Shokouhi.
Oberflächenwellen haben eine große Reichweite und können eine lange Strecke zurücklegen, ohne viel Energie zu verlieren, aber die Resonanzstrukturen der Meta-Oberflächenbarriere können sie aufhalten.
Laut Shokouhi „hat die Kontrolle gerichteter Wellen Anwendungen auf Längenskalen, von akustischen Oberflächenwellengeräten bis hin zu seismischen Barrieren, die in der Elektronik, der zerstörungsfreien Bewertung und der strukturellen Zustandsüberwachung wie der Untersuchung von Pipelines verwendet werden.
Die Resonanzelemente dieser Barriere sind auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt, die der vorgegebenen Zielfrequenz der durch eine Aluminiumplatte laufenden Oberflächenwellen entspricht. Shokouhi merkt an, dass die Forscher TOM verwendeten, um ihre Entwurfstechnik als Topologie-Optimierungsproblem zu formulieren. Das Topologieoptimierungsverfahren erzeugt automatisch passend geformte Resonatoren mit spezifizierten Resonanz- und Antiresonanzeigenschaften, um eine Bandlücke (einen Bereich ohne Ausbreitung) um eine gegebene Frequenz herum zu erzeugen. Dadurch entstehen laut Shokouhi lokal resonante elastodynamische Meta-Oberflächen.
„In dieser Forschung zeigen wir, dass die Methodik verwendet werden kann, um Lamb-Wellen unterdrückende Lamb-Resonatoren für Metaoberflächen zu entwickeln. Aber unabhängig vom Frequenzbereich kann diese Technik verwendet werden, um resonante Metaoberflächen zu erzeugen, die verschiedene Arten von gerichteten Wellen manipulieren können“, sagte Shokouhi und bemerkte, dass das TOM, das in den 1980er Jahren entwickelt wurde, um strukturelle Designprobleme zu lösen, erstmals in verwendet wurde Hier entlang. Diese methodische Entwurfstechnik kann breiter in anderen Kontexten wie der Akustik verwendet werden und bietet eine potenzielle Strategie für das Wellenmanagement.
Quelle: techxplore
Günceleme: 03/03/2023 09:48