声学辅助制造含空间分布缺陷的薄壳结构

薄壳结构见于甲虫背鳞等生物系统，广泛应用于航空、土木和机械工程中，凭其纤薄曲面几何结构，实现了卓越的强度与质量之比。然而，其承载能力对几何缺陷高度敏感，这些缺陷在制造过程中往往不可避免，可能诱发亚临界屈曲。硅胶制作的半球形穹顶作为实验模态系统用于研究此现象，但以往工作主要聚焦于局部凹陷或平面缺陷，未能捕捉真实世界缺陷模式的空间分布特性。本文引入一种声学辅助方法，用于制造含空间分布、振动模式形状缺陷的薄壳结构。将硅胶在由扬声器激励的厚弹性模具表面倒模固化，固化过程中由振动引起的流动产生厚度变化。高速成像和微CT扫描揭示材料在模具振动模态的驻点处聚集。我们表明，缺陷几何可通过声学频率进行调节，而其�幅随声学音量而增大。屈曲实验表明，临界压力显著降低，为研究和调谐缺陷敏感力学提供了可扩展平台。除壳体力学外，我们还为从可变形表面到仿生设计等应用领域的软材料图案化提供了可扩展且可调的制造方法。