基于手性超材料的纵-扭波转换器

材料结构的发展使得材料具备了传统机械工程领域通常不常见的奇异属性。扭转，即利用超材料将静态轴向载荷转化为扭转变运动的机制，是本研究特别关注的内容。本文中，基于有限元方法的计算，并结合由对单原子弹簧-质量系统应用拉格朗日方程推导出的解析方法，用于探究手性四方梁超材料所展现的纵-扭（L-T）转换。首先，我们进行考虑偏振态的特征值分析，以突出纵模在 L-T 转换中的潜在贡献。我们将手性单元的扭转行为与其他均匀介质、八边形管单元及非手性单元进行对比。此外，我们通过时域和频域研究展示了单元手性对 L-T 转换的影响。研究结果表明，在较宽的频率范围内，至少部分纵向传播的波被转化为扭转，甚至在特定频率下近乎完全转换。