Hierarchical rotating-bending metamaterials for simultaneous mechanical vibration suppression and electricity generation
Notice bibliographique
Résumé
This study introduces a hierarchical metamaterial with a rotating-bending mechanism, featuring high-stiffness triangular joints between dodecagon unit cells. The proposed structure is additively manufactured from thermoplastic polyurethane (TPU) and further analyzed through finite element analysis (FEA) to explore the deformation mechanisms. Under compression, the high-stiffness triangular joints rotate, inducing bending in adjacent walls, resulting in enhanced stability and quasi-zero-stiffness (QZS) features. Local deformation mechanisms include pure bending, bending combined with shear, and simultaneous shrinkage and expansion. To harness these local deformations, piezo elements integration strategies are proposed. A piezo bender (PB) is adhered to regions experiencing pure bending, lead zirconate titanate (PZT) patches are attached where bending and shear coexist, and piezo stacks are applied at locations with shrinkage and expansion. Experimental results show that before and after gluing piezo elements, the structure exhibits obvious vibration isolation performance, which is independent of the number of unit cells. From the frequency transfer functions, at 10 Hz, where vibration isolation arises, the PB and piezo stack generate power around 8.6 and 2.6 μ W g , respectively, while PZT generates power around 11 nW / g . At a higher frequency of 200 Hz, the PB generates a power of 32 nW / g , piezo stack generates a power of 7.6 nW / g , and PZT generates a power of 2.9 nW / g . The proposed composite lattice provides multifunctional capabilities, simultaneously isolating vibrations and generating electricity. They facilitate versatile solutions in vibration/stiffness control of engineering structures, like wearable devices, home appliances, vehicle parts, and civil infrastructures, by providing self-powered sensing and energy generation ability. • Introduces a rotation–bending mechanism enabling quasi-zero-stiffness behaviour • Achieves tunable stiffness through geometric control of triangular joints • Demonstrates low-frequency vibration isolation starting at 10.15 Hz • Integrates multiple piezo elements for localized energy generation • Enables multifunctional TPU metamaterials for isolation and power generation
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».