Blast-wave impact mitigation using negative effective mass density concept of elastic metamaterials

衰减 超材料 谐振器 负质量 有效质量(弹簧-质量系统) 参数统计 声学 材料科学 分裂环谐振器 物理 结构工程 光学 工程类 光电子学 经典力学 数学 统计
作者
K. T. Tan,H. H. Huang,C.T. Sun
出处
期刊:International Journal of Impact Engineering [Elsevier BV]
卷期号:64: 20-29 被引量:173
标识
DOI:10.1016/j.ijimpeng.2013.09.003
摘要

This paper presents the use of elastic metamaterials for impact attenuation and blast-wave mitigation. Metamaterials represent a novel and emerging research area where materials exhibit exceptional properties not commonly found in natural materials. These unique properties are enacted by specifically designed microstructures. In this study, a single-resonator model and a dual-resonator microstructural design are proposed to exhibit negative effective mass density. The effect of negative effective mass density is explicitly confirmed by analysis of wave propagation using numerical simulations. Results evidently show that impact stress wave attenuation occurs over a wider frequency spectrum for the dual-resonator model as compared to the narrow band gap of a single-resonator design. Parametric studies of blast-wave simulation reveal that the mass and number of internal resonators have significant influence over the frequency range of blast-wave attenuation. The effectiveness and performance of the single-resonator and dual-resonator models on blast-wave mitigation are examined and discussed. Finally, practical ways to design and manufacture elastic metamaterials with negative effective mass density are presented and explored.
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