کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
5018222 1467038 2017 39 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Topology optimization of anisotropic broadband double-negative elastic metamaterials
ترجمه فارسی عنوان
بهینه سازی توپولوژی بیومواد مواد منفجره دوام منفی باند پهن
کلمات کلیدی
ترجمه چکیده
به عنوان مقایسة مواد متخلخل الکترومغناطیسی و صوتی، مواد فلزی الاستیسیته مصالح کامپوزیتی فشرده مصنوعی هستند که به وسیله مکانیزم های مختلف امکان دستکاری در انتشار موج الاستیک را در مقیاس طول موج عرضی دارند. برای ابررسانای امیدوار کننده در تشخیص اولتراسونیک پزشکی، به طور همزمان می توان دوام منهدم متاممکن با داشتن چگالی منفی مؤثر و مدول الاستیسیونی به عنوان ابررسانای ایده آل برای شکستن حدت پراکندگی استفاده کرد. در این مقاله، ما یک طرح بهینه سازی توپولوژی را برای طراحی دو بعدی (دو بعدی) یکپارچه ی مواد متخلخل انعزبالای نوری با خصوصیات مضاعف مواد مضاعف دوگانه منفی ارائه می دهیم و اثرات فوق لنزینگ را در مقیاس عمق عرض طول موج نشان می دهد. ما همچنین در مورد تاثیر چند پارامتر طراحی شده در تابع هدف و محدودیت های نتایج بهینه بحث می کنیم. بر خلاف تمام مکانیزم هایی که قبلا گزارش شده، سازه های بهینه شده حاضر، رزونانس های چهارگانه یا چند قطبی جدید را برای چگالی چگالی منفی منفی و مدول الاستیک منفی موثر نشان می دهند. علاوه بر این، منفی منفی امواج عرضی در یک ماده تک فاز مشاهده می شود. بیشترین ساختارهای بهینه شده در این مقاله می تواند بعنوان یک متامومیزه غیرخطی صفر برای امواج طولی یا عرضی در فرکانس مشخصی استفاده شود. اثر کتک زدن برای هر دو امواج طولی و عرضی نشان داده شده است. علاوه بر این، با محدودیت های خاص در روش بهینه سازی، یک متامیک فوق العاده غیر انحرافی که پراکندگی های دوگانه منفی و هذلولی را در دو جهت اصلی در دو فرکانس مختلف فرکانس به نمایش در می آورد. طرح بهینه سازی پیشرفته یک ابزار محاسباتی قوی برای مهندسی منحصربه فرد از مواد متخلخل الاستیک را فراهم می کند و می تواند طراحی و بهینه سازی انواع دیگر مواد متالوژی، از جمله متاممغناطیس الکترومغناطیسی و صوتی را هدایت کند. خواص غیر معمول ساختارهای بهینه شده ما می تواند ایده های جدید و برنامه های کاربردی جدید را شامل الگوریتم لرزش کم فرکانس، لنز صاف و سونوگرافی برای امواج الاستیک را الهام بخش.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه سایر رشته های مهندسی مهندسی مکانیک
پیش نمایش مقاله
بهینه سازی توپولوژی بیومواد مواد منفجره دوام منفی باند پهن
چکیده انگلیسی
As the counterpart of electromagnetic and acoustic metamaterials, elastic metamaterials are artificial periodic elastic composite materials offering the possibility to manipulate elastic wave propagation in the subwavelength scale through different mechanisms. For the promising superlensing in the medical ultrasonic detection, double-negative metamaterials possessing the negative effective mass density and elastic modulus simultaneously can be utilized as the ideal superlens for breaking the diffraction limit. In this paper, we present a topology optimization scheme to design the two-dimensional (2D) single-phase anisotropic elastic metamaterials with broadband double-negative effective material properties and demonstrate the superlensing effect at the deep-subwavelength scale. We also discuss the impact of several design parameters adopted in the objective function and constraints on the optimized results. Unlike all previously reported mechanisms, the present optimized structures exhibit the novel quadrupolar or multipolar resonances for the negative effective mass density and negative effective elastic modulus. In addition, negative refraction of the transverse waves in a single-phase material is observed. Most optimized structures in this paper can serve as the anisotropic zero-index metamaterials for the longitudinal or transverse waves at a certain frequency. The cloaking effect is demonstrated for both the longitudinal and transverse waves. Moreover, with the particular constraints in the optimization procedure, a super-anisotropic metamaterial exhibiting the double-negative and hyperbolic dispersions in two principal directions within two different frequency ranges is obtained. The developed optimization scheme provides a robust computational tool for negative-index engineering of elastic metamaterials and may guide the design and optimization of other types of metamaterials, including the electromagnetic and acoustic metamaterials. The unusual properties of our optimized structures can inspire new ideas and novel applications including the low-frequency vibration attenuation, flat lens and ultrasonography for elastic waves.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Journal of the Mechanics and Physics of Solids - Volume 105, August 2017, Pages 54-80
نویسندگان
, , , ,