分层材料与结构中优越能量耗散的新概念
综合物理
2023-05-18 v1
摘要
我们提出一种基于细长轴同心滑动柱摩擦的新概念方法，以获得前所未有的耗散特性。我们首先在最简单的两同心柱伸缩系统中寻找最优拓扑。有趣的是，我们得到最优形状参数与材料无关且尺度不变。基于多尺度自相似重构，我们最终得到一个理论最优分形极限系统，其横截面类似于经典的 Sierpiński 三角形。我们通过考虑完整平面镶嵌的可能性最终完成了最优构造。将单位体积耗散与直至弹性极限的材料耗散直接比较显示出巨大优势：。这一结果在仅三个细化尺度的实际情形中即已实现，其耗散几乎（96%）达到分形极限的同一水平。我们还展示了耗散后原始构型的易恢复性，并相信我们的示意系统可在不同技术领域有可靠的有趣应用。有趣的是，我们的多尺度耗散机制让人联想到自然界中作为生物适应结果观察到的类似策略，如骨、珍珠母和蛛丝等典型例子。尽管非弹性行为和完整三维优化等现象在这类生物系统中无疑重要，我们相信所提出的耗散机制与尺度不变性属性也能为重要生物例子中观察到的分层结构提供见解。
引用
@article{arxiv.2305.09680,
title = {A new concept for superior energy dissipation in hierarchical materials and structures},
author = {G. Puglisi and N. M. Pugno},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.09680},
year = {2023}
}