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莫帥團(tuán)隊(duì)研究成果被國際權(quán)威期刊命名為“廣西大學(xué)齒輪力學(xué)超材料”
2023-11-14 10:27  

近日,莫帥教授團(tuán)隊(duì)在連續(xù)可變剛度行星輪系振動控制力學(xué)超材料/超結(jié)構(gòu)領(lǐng)域取得研究進(jìn)展,研究成果“Metamaterial design and continuously adjustable mechanical properties based on novel planetary gear trains”發(fā)表在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《Structures》(英國結(jié)構(gòu)工程師學(xué)會(The Institution of Structural Engineers)會刊)。成果中創(chuàng)新提出的2類行星齒輪力學(xué)超材料新構(gòu)型及對應(yīng)振動調(diào)控超結(jié)構(gòu)經(jīng)《Structures》期刊評審專家和主編審議,被成功命名為“廣西大學(xué)齒輪力學(xué)超材料”(GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ)。該成果以廣西大學(xué)省部共建特色金屬材料與組合結(jié)構(gòu)全壽命安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位及通訊單位,莫帥教授為第一作者兼通訊作者,國家級人才張偉教授為共同通訊作者。

圖1 研究成果在線發(fā)表界面

超材料/超結(jié)構(gòu)是指一類具有特殊性質(zhì)的人造材料/結(jié)構(gòu),其具備天然材料/結(jié)構(gòu)所不具備的特殊性質(zhì),超材料/超結(jié)構(gòu)成分上沒有特別之處,它們的奇特性質(zhì)源于其精密的幾何結(jié)構(gòu)以及尺寸。當(dāng)前多數(shù)力學(xué)超材料/超結(jié)構(gòu)通過設(shè)計(jì)不同類型的物理結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)預(yù)期力學(xué)特性,僅能工作在且既定力學(xué)特性之下而難以依據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)控;部分力學(xué)超材料性能可調(diào)但僅能梯度非連續(xù)調(diào)控;部分通過物理化學(xué)場致作用形成的間接可變力學(xué)特性存在滯后性及精準(zhǔn)調(diào)控性能差,難以滿足特殊環(huán)境高精度要求。

莫帥教授團(tuán)隊(duì)面向高端裝備、航空航天、智能制造、智能建造等領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)安全化、智能化發(fā)展重大需求,充分利用齒輪傳動高精高效、傳遞扭矩大、傳動穩(wěn)定可靠以及行星齒輪類型多樣、傳動模式多變等優(yōu)點(diǎn),創(chuàng)造性提出2類行星齒輪力學(xué)超材料新構(gòu)型及對應(yīng)振動調(diào)控超結(jié)構(gòu),可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能連續(xù)穩(wěn)定可調(diào)。

圖2廣西大學(xué)“齒輪力學(xué)超材料”(GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ)

圖3廣西大學(xué)“齒輪力學(xué)超材料”(GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ)

圖4廣西大學(xué)“齒輪力學(xué)超材料”(GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ)

該研究提出行星齒輪力學(xué)超材料/超結(jié)構(gòu)新構(gòu)型,構(gòu)建基于彎曲梁的行星齒輪力學(xué)超材料連續(xù)性能可調(diào)理論,探究行星齒輪力學(xué)超材料連續(xù)剛度可調(diào)理論及模態(tài)特征;開展雙層行星輪系和拉式行星輪系單胞及2×2胞力學(xué)超材料的壓縮、剪切以及諧響應(yīng)計(jì)算,分析壓縮彈性模量、剪切模量和幅頻響應(yīng)與控制變量的變化關(guān)系。結(jié)果表明:雙層行星輪系和拉式行星輪系力學(xué)超材料的壓縮彈性模量和剪切模量分別具有大幅連續(xù)可調(diào)范圍,其幅頻響應(yīng)亦可通過控制變量進(jìn)行調(diào)控。

該研究提出行星齒輪力學(xué)超材料/超結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,構(gòu)建行星齒輪力學(xué)超材料/超結(jié)構(gòu)力學(xué)性能連續(xù)可調(diào)基礎(chǔ)理論,拓展行星輪系結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍,同時為連續(xù)可調(diào)力學(xué)超材料設(shè)計(jì)制備、極端服役環(huán)境結(jié)構(gòu)振動控制提供新思路和新方法。

該研究工作在廣西大學(xué)“土木工程”學(xué)科交叉科研項(xiàng)目資助下開展,是學(xué)校推進(jìn)世界一流學(xué)科建設(shè)中“土木工程+”的一項(xiàng)重要科研成果,凸顯了學(xué)科交叉對強(qiáng)化校內(nèi)多學(xué)科融合發(fā)展、發(fā)揮優(yōu)勢學(xué)科的引領(lǐng)作用起到重要的抓手作用。研究工作同時得到國家自然科學(xué)基金(No.52265004)、廣西科技重大專項(xiàng)(No.2023AA19005)等項(xiàng)目資助。

論文鏈接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352012423015540?

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