具有缝合关节的分层介质中的弹性波色散：结构层次和粘弹性的影响
综合物理
2023-12-18 v1
摘要
缝合关节有助于许多生物结构（如颅骨或菊石化石壳）实现刚度、强度、韧性和有效承载与传递的卓越组合。然而，它们在振动衰减和对动态载荷影响方面的作用尚不明确。此外，缝合关节通常具有的自相似分层几何结构使得使用标准数值方法处理在计算上变得不可行。为了解决这个问题，本文采用基于材料均匀化的解析方法研究了具有缝合关节的周期性分层介质的动态响应。考虑了通用梯形缝合几何结构以及分层和粘弹性的基本要素。使用谱元法和布洛赫定理推导了系统的色散关系和能带图，包括传播和倏逝色散模式。缝合形态和材料特性产生了强烈影响，分析揭示了添加分层的一个重要优势，即同时获得更宽的带隙并将其移至更高频率的可能性。还观察到分层与结构之间的协同作用，提供了更高水平的波衰减。这些发现为具有高效和可定制波衰减特性的仿生设备提供了可能的设计概念。
引用
@article{arxiv.2312.09448,
title = {Elastic wave dispersion in layered media with suture joints: influence of structural hierarchy and viscoelasticity},
author = {Federica Ongaro and Federico Bosia and Nicola M. Pugno},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.09448},
year = {2023}
}