通过脉冲激励技术结合逆参数识别方法来表征各向异性弹性结构的特性

《Materials》：Characterizing the Anisotropic Elastic Properties of Auxetic Structures by Impulse Excitation Technique Combined with Inverse Parameter Identification

　　

摘要

辅助材料由于其负泊松比而表现出独特的机械性能，但对其有效弹性特性的可靠测定仍然具有挑战性。在这项研究中，提出了一种实验-数值方法来表征基于聚乳酸（PLA）的辅助材料夹层结构。首先通过拉伸测试、熔体流动速率/体积速率（MFR/MVR）测量、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、差示扫描量热法（DSC）、膨胀测量和纳米压痕等方法评估了材料性能，结果表明这些材料具有稳定的机械性能、良好的加工性，并且由于打印过程导致结晶度略有提高。脉冲激励技术（IET）测量提供了高度可重复的共振频率，显示出这些频率强烈依赖于核心的几何形状和取向。然而，基于ASTM的经典评估方法得出的弹性特性并不符合物理实际，这突显了该方法在研究结构化辅助材料时的局限性。通过有限元模态分析结合逆参数识别，利用各向同性均质化模型成功确定了材料的有效弹性特性。这种方法显著提高了实验结果与数值结果之间的一致性。研究结果揭示了明显的各向异性和取向依赖性辅助材料行为，包括某些特定配置下的负泊松比。所提出的方法为复杂辅助材料的可靠表征和设计提供了一个合适的框架。