[发明专利]一种基于温度调控的主动超材料梁

说明书

本发明公开了一种基于温度调控的主动超材料梁，包括超材料梁本体，以及多个由所述超材料梁本体向上拱起形成的呈锯齿形状排列的“几”字形梁胞元，所述梁胞元的开口处以及梁胞元间的开口处上设有执行器，所述可执行器同时与所述开口处的两侧侧壁连接；该执行器为弹性部件、阻尼部件或弹性部件与阻尼部件的结合；该执行器的刚度系数和/或阻尼系数能随温度的变化而变化，使得主动超材料梁得以适应更广泛的应用场景。

技术领域

本发明属于可调控超材料技术领域，具体涉及一种基于温度调控的主动超材料梁。

背景技术

目前，许多新型的声子晶体、超材料和/或超表面已经被提出和实施，用于控制结构中的弹性波，特别是针对梁和板结构中弯曲波的控制。目前，针对梁和/或板中的弯曲波，提出的被动超材料包括柱状型、锯齿梁型、多材料型、阶梯梁型、变厚梁型和基于“彩虹”效应的各种超材料等。然而，这些被动超材料有一个明显的缺点，即工作频率范围有限，这严重阻碍了它们的应用。

现有技术中，出现了两种技术路线来解决上述问题，其中一种为拓扑优化技术，虽然这一技术在众多的声子晶体和超材料上得到了成功应用，但是针对应用于调控梁和板中弯曲波的超材料和声子晶体，相应的拓扑优化工作还比较少。虽然优化后的声子晶体和超材料有了更宽的工作频率范围，但在其制作完成后仍然不再可调。

另一种技术路线则是主动控制技术，基于该技术，声子晶体和超材料可以获得更宽的工作频率范围，主动调控可以通过各种驱动策略来实现，如使用电、磁铁、光、机械力和热驱动策略。针对弯曲波的控制，基于上述各种驱动策略，已经提出了大量可调控的超材料梁/板。值得注意的是，不同的驱动策略有利于不同的应用场景，没有哪一种策略可以适用于所有的应用场景，因此需要设计和提出更多的可调声学晶体和超材料以适应更为广泛的应用场景。

发明内容

本发明意在提供一种基于温度调控的主动超材料梁，以适应更广泛的应用场景。

本发明中的基于温度调控的主动超材料梁，包括超材料梁本体，以及多个由所述超材料梁本体向上拱起形成的呈锯齿形状排列的“几”字形梁胞元，其中，所述梁胞元的开口处以及梁胞元间的开口处上设有执行器，所述可执行器同时与所述开口处的两侧侧壁连接；

该执行器为弹性部件、阻尼部件或弹性部件与阻尼部件的结合；该执行器的刚度系数和/或阻尼系数能随温度的变化而变化。

进一步的，所述执行器横跨开口处设置。

进一步的，所述执行器由热敏聚合物制成。

进一步的，所述热敏聚合物为3D打印材料“VeroPureWhite”。

进一步的，所述梁胞元的材质厚度与超材料梁本体一致。

进一步的，所述超材料梁本体的材质为金属。

进一步的，所述超材料梁本体的材质为铝合金。

进一步的，所述梁胞元上的转折处均为直角。

进一步的，所述梁胞元的宽度a＝2(h+l)，其中h表示超材料梁本体的厚度，l为梁胞元的上拱部分内部的宽度。

进一步的，所述梁胞元的总高度为超材料梁本体的厚度的3～5倍。

进一步的，所述梁胞元的数量至少为6个。

一种执行器，该执行器能适用于前述的基于温度调控的主动超材料梁。

本发明中提出了一种新的可调控的超材料梁，利用其中的执行器的刚度系数和阻尼系数随温度的改变来主动实现对超材料梁整体的能带结构的调控。