جلسه دفاع از پیشنهادیه رساله دکترای آقای محمدرضا طاهرزاده

موضوع: طراحی، تحلیل و ساخت یک فراماده فونونیک جدید با باندگپ چند جهته و پهن‌باند در فرکانس‌های میانی

ارائه دهنده: محمدرضا طاهرزاده قهفرخی

استاد راهنما: دکتر رضا تیکنی

استادان مشاور: دکتر سعید ضیایی راد، دکتر نیما نوری

استادان داور: دکتر علی لقمانی، دکتر مهدی جوانبخت

چکیده: 

کاهش ارتعاشات از یک منبع ارتعاش همواره یکی از موضوعات مورد علاقه پژوهشگران بوده است. با توسعه فرامواد مکانیکی، طراحی و ساخت تجهیزاتی که قادر باشند ارتعاشات را حذف کنند در سال‌های اخیر مورد توجه واقع شده است. فرامواد مکانیکی دسته‌ای از مواد مهندسی شده هستند که خواص مکانیکی آنها بیش از آنچه به جنس ماده سازنده وابسته باشد، به طراحی ساختار اجزای سازنده ساختار یعنی سلول‌های واحد وابسته هستند. فرامواد مکانیکی برای اهداف مختلفی از جمله ایجاد خواص غیر معمول مکانیکی مثل ضریب پواسون منفی و/یا سختی منفی، تبدیل حرکات مختلف مثل حرکت فشاری به پیچشی و برعکس به هم، ایجاد نسبت استحکام به وزن بالا، افزایش قابلیت جذب انرژی حاصل از ضربه و کاهش سطح انتقال امواج، طراحی می‌شوند. به دلیل امکان ایجاد چنین ویژگی‌‌هایی، ساخت این دسته از مواد مهندسی برای کاربرد در صنایع مختلف نظیر پزشکی، صنایع دریایی، هوایی و مهندسی ارتعاشات مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است.

در این پژوهش، تمرکز بر طراحی و ساخت یک فراماده جدید با هدف کاهش سطح انتقال امواج در محدوده فرکانس‌های میانی قرار دارد. هر چند که تاکنون تلاش‌های زیادی در راستای توسعه فرامواد برای ایجاد باندگپ کامل شده است اما عموما حفظ ویژگی‌هایی مثل تاثیرپذیری از یک پارامتر خاص و حفظ ظرفیت بارگذاری همزمان با ایجاد باندگپ کامل در طرح‌های ارائه شده در پژوهش‌های پیشین به ندرت امکان‌پذیر بوده است. طراحی فراماده‌ای که همزمان با حفظ ظرفیت بارگذاری، برای محدوده‌های فرکانسی مختلف، تاثیرپذیر از یک پارامتر خاص طراحی باشد و بتواند انواع شیوه‌های انتشار موج را به میزان قابل توجهی در فرکانس پایین و با پهنای باند وسیع فیلتر کند، هدف نهایی از انجام پژوهش پیش‌رو است. در همین راستا از المان تیر با نصب عمودی (ستونی) برای حفظ ظرفیت بارگذاری و از پارامتر نرخ‌پیچش جهت تاثیرپذیر کردن باندگپ از یک فاکتور طراحی خاص استفاده شده است. با هدف بررسی چگونگی تاثیر نرخ‌پیچش بر انتشار امواج، در ابتدا معادلات انتشار موج در هندسه تیر پیش تابیده، تحلیل شده و نمودارهای مربوط به رابطه پراکنش و سرعت گروهی رسم و مورد بررسی قرار داده شده است. بررسی‌ها نشان دهنده وجود فرکانس قطع در نرخ‌پیچش‌های غیر صفر در شیوه انتشار موج خمشی است. با هدف بررسی تاثیر نرخ‌پیچش بر شیوه‌های انتشار موج پیچشی و کششی-فشاری مساله مقدار ویژه با نرم‌افزار COMSOL تحلیل شده است. نمودارهای پراکنش خروجی نرم‌افزار، نشان‌دهنده فاصله گرفتن امواج خمشی از محدوده فرکانس 500 تا2000 هرتز با افزایش نرخ‌پیچش هستند اما بر انتشار امواج پیچشی و کششی-فشاری در محدوده زیر 2000 هرتز تاثیر قابل ملاحظه ندارد و از این‌رو طراحی متفرق‌کننده برای دسترسی به باندگپ چندجهته الزامی به نظر می‌رسد. در نهایت اعتبار نتایج حاصل از شبیه‌سازی با آزمون‌های تجربی بر روی نمونه ساخته شده بررسی می‌شود.

کلمات کلیدی: فراماده مکانیکی، باندگپ چندجهته، رابطه پراکنش، پیش‌پیچش