仿生鳞片梁振动中的摩擦阻尼

坚硬的鳞片覆盖在鱼类、蛇类和许多爬行动物的外表面。它们提供抵御外部穿刺攻击的保护，并控制整体变形行为，以助于在广泛环境条件下的运动、蜿蜒爬行和游泳。在本通讯中，我们研究仿生鳞片基底的动态行为，以进一步理解涉及鳞片相互作用、滑动运动学、界面摩擦及其组合等多方面因素的非线性起源。特别地，我们通过解析模型和数值研究，针对简支鳞片覆盖梁的情形研究其振动特性。我们的结果首次揭示，即使仅在自由振动中假定库仑摩擦，仿生鳞片梁也表现出黏性阻尼行为。我们预期并量化了阻尼行为相对于曲率的各向异性。我们还发现，与静力纯弯曲中摩擦增大弯曲刚度不同，对于简支梁，动力学情形下自然频率的相应增加并不会出现。由于鳞片几何、分布和界面性质都易于剪裁，我们的研究指出了一种仿生策略，用于设计具有可定制阻尼行为的优异合成材料。