超轻量多功能gyroid基超材料实现全方向同时隔音、振动抑制和冲击缓解
应用物理
2025-06-12 v1
摘要
多功能材料因其能够同时满足多种目的而日益成为许多应用中的必需品。超材料可以通过精心设计的在空间中镶嵌的基本构建单元（或单元）来提供定制功能。这些单元通常被设计用于单一目标，例如缓解冲击、隔音或阻尼振动。然而，一种能够同时缓解冲击、衰减弹性振动、隔离空气传播声音，同时又超轻且超刚的超材料仍然难以实现。在这里，我们提出了三种基于gyroid的超材料设计，通过数值和实验进行了研究，能够同时在所有方向上实现所有这些功能。我们的设计实现了高达60%的带隙，起始带隙频率低至367 Hz，同时比相同材料的均匀块体轻高达77%。我们的发现突显了超材料在需要波操控、机械韧性和冲击缓解且质量和体积受限的应用中的潜力。
引用
@article{arxiv.2506.09321,
title = {Ultra-lightweight multi-functional gyroid-based metamaterial for simultaneous sound insulation, vibration suppression, and impact mitigation in all directions},
author = {Evan Kluge and Osama R. Bilal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.09321},
year = {2025}
}