[发明专利]一种非周期机械拓扑绝缘体单胞模型的设计方法

说明书

一种非周期机械拓扑绝缘体单胞模型的设计方法，包括以下步骤：构建周期机械拓扑绝缘体单胞模型；采用随机坐标公式对两个散射体的位置进行非周期化，以在基体内形成非周期传播通道；构建周期机械拓扑绝缘体单胞模型不同形态的周期通道板超胞和非周期机械拓扑绝缘体单胞模型不同形态的非周期通道板超胞，并在周期通道板超胞和非周期通道板超胞的左端分别输入谐振激励生成对应的总位移响应图进行对比分析，以确定弹性波或机械波在非周期传播通道内均匀传播。本发明通过采用随机方法对基体内的散射体进行非周期化，以在基体内形成非周期传播通道，使弹性波或机械波得以均匀的在非周期传播通道内传播，从而避免在非周期传播通道内发生响应过大的现象。

技术领域

本发明涉及机械拓扑绝缘体技术领域，特别涉及一种非周期机械拓扑绝缘体单胞模型的设计方法。

背景技术

机械拓扑绝缘体具有常规力学超材料所不具备的特性，如弹性波或机械波的无损传输、传导的鲁棒性。其中周期性机械拓扑绝缘体因性能更优，而获得广泛关注。但是研究发现，周期性机械拓扑绝缘体在激励处往往响应非常大，虽然可限制弹性波仅在拓扑保护的边缘态通道传播，但是对于实际应用来说，应避免响应过大的情况。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种非周期机械拓扑绝缘体单胞模型的设计方法，通过对周期拓扑绝缘体进行非周期化，构造了非周期传播通道，使弹性波或机械波得以均匀的在非周期传播通道内传播。

一种非周期机械拓扑绝缘体单胞模型的设计方法，包括以下步骤：

步骤S10，以磁流变弹性体为基体，以及纯铁为基体内的散射体，构建周期机械拓扑绝缘体单胞模型；

步骤S11，采用随机坐标公式对两个散射体的位置进行非周期化，以在基体内形成非周期传播通道，即周期机械拓扑绝缘体单胞模型转变为非周期机械拓扑绝缘体单胞模型，该随机坐标公式为：

其中，x₁₀、y₁₀为其中第一个散射体的原始圆心坐标，x₁、y₁为第一个散射体随机变化后的圆心坐标，ρ₁＝0.1～0.2L，θ₁＝2π，rand₁为0到1之间的随机均匀分布函数，L为第一个散射体的原始圆心坐标与第二个散射体的原始圆心坐标之间的距离，x₂₀、y₂₀为其中第二个散射体的原始圆心坐标，x₂、y₂为第二个散射体随机变化后的圆心坐标，ρ₂＝0.1～0.2L，θ₂＝2π，rand₂为0到1之间的随机均匀分布函数；

步骤S12，构建周期机械拓扑绝缘体单胞模型不同形态的周期通道板超胞和非周期机械拓扑绝缘体单胞模型不同形态的非周期通道板超胞，并在周期通道板超胞和非周期通道板超胞的左端分别输入谐振激励生成对应的总位移响应图进行对比分析，以确定弹性波或机械波在非周期传播通道内均匀传播。

相较现有技术，本发明中，通过采用随机方法对基体内的散射体进行非周期化，以在基体内形成非周期传播通道，使弹性波或机械波得以均匀的在非周期传播通道内传播，从而避免在非周期传播通道内发生响应过大的现象。

进一步地，在步骤S12之后，所述设计方法还包括：

步骤S121，将不同形态的非周期通道板超胞的总位移响应图转换为总位移等值线图；

步骤S122，在总位移等值线图中，计算不同形态的非周期传播通道上下界面处相同总位移值所在的点的距离，以获取弹性波或机械波传播过程中不同形态的非周期传播通道的通道宽度，并计算其平均值和均方差，以确定弹性波或机械波在不同形态的非周期传播通道中各处的响应均匀。。