周期性多孔弹性体中一种新的屈曲模式及其在弹性波调控中的应用

本文提出一种由带孔隙涂层的周期性多孔弹性体组成的新超材料结构。该设计使我们能通过非接触载荷产生有限变形。作为案例研究，我们对孔隙涂层施加热载荷，并进行有限元分析以探究不稳定性及相关的声子特性。结果表明，在平面应变设置下可诱导出一种保留管状结构表面皱褶本质的新屈曲模式，且与传统软多孔弹性体屈曲轮廓的对应情况相比，获得了更小的单元胞尺寸。特别地，该屈曲模式能随宏观平均应变增大在不同频率范围产生若干带隙。我们进一步引入金属核作为局域共振器，更新后的超材料允许一个低频带隙，其带宽可由简化理论模型估算。由于结构中涉及更多自由参数，我们进行了详细参数研究以阐明涂层与基体间模量比、孔隙率、核半径及宏观平均应变对屈曲起始与带隙演化的影响。值得注意的是，较硬的表面涂层倾向于增强结构稳定性，这与膜/基底双层结构中的已有结果相反。期望本研究能为多孔弹性体中的图案形成与波操控提供新见解。