摘要：局域共振带隙和Bragg带隙可同时存在于超材料梁中,利用两种带隙之间的相互耦合效应可以实现超宽耦合带隙设计,在宽带减振领域极具应用潜力.以往研究通常考虑单振子超材料梁的单阶耦合带隙设计,因而只能实现单阶的超宽耦合带隙,无法满足双目标或多目标频带的宽带减振需求.为此,本文开展了双振子超材料梁的双阶耦合带隙调控设计研究,提出了一种实现双阶耦合宽带隙的设计方法,分析了所设计双阶耦合带隙相比传统单阶耦合带隙的带宽优势,并探究了双振子质量分配比对双阶耦合带隙总宽度的影响,进一步设计出最优的质量分配比,使得实现的双阶耦合带隙的总宽度最宽.此外,还采用谱元法研究了基于双阶耦合带隙设计的双振子超材料梁的减振特性,通过与有限元法进行对比,验证了谱元法的准确性,研究表明基于双阶耦合带隙设计可以实现两个宽频带范围的高效减振.

摘要：为实现宽带低频减振,论文将力振子和串联负电容的压电分流振子分别置于基体上下两侧,设计了混合弹性超材料梁.基于传递矩阵法建立了理论模型,用于计算混合弹性超材料梁的频散关系和动态有效参数,通过有限元法进行了验证.分别采用理论方法和数值方法研究了电路元件参数对混合弹性超材料梁的带隙和振动衰减特性的调节机理,通过与单振子超材料的带隙对比,分析了两种振子间的相互影响.结果表明:电路元件参数主要影响压电分流振子产生的带隙的位置、宽度及带隙内的振动衰减程度;两种振子的带隙重叠区域不一定为通带;两种振子会因为负动态有效刚度范围靠近而相互影响.该研究将为此类超材料的设计提供参考依据.

摘要：本文设计了一种能够对机械波进行吸收的超材料梁,超材料梁由若干质量-弹簧微结构系统和一根各向同性梁构成.通过对两种不同结构的质量-弹簧系统的分析,从理论上解释了"负有效质量"和"负有效刚度".根据Hamilton原理,导出了超材料梁的代表性胞元的控制方程.通过数值模拟分析了两种不同结构的有限超材料梁对机械波的吸收性能,一种是弹性系数线性变化的质量-弹簧系统在有限梁内均匀分布,另一种是由固有频率线性变化的弹簧-阻尼器子系统构成四个相同吸收器子群在有限梁内均匀分布.模拟结果表明,进入梁中的机械波与质量-弹簧振子构成的吸收器系统发生了共振,对机械波起到了理想的吸收,从而验证了本文提出的超材料梁对机械波吸收的有效性.

摘要：为提高结构抵御振动的能力,文章基于局部共振机理设计了一种具有周期性布置局部共振单元的超材料梁,它能够在低频范围内产生减振带隙。通过欧拉-伯努利梁的振动理论和用于计算超材料带隙的平面波展开法,获得了超材料梁的弯曲振动带隙,并与有限元软件计算结果进行对比,数值模拟结果与理论计算得到的结果十分吻合,从而验证了有限元软件带隙计算的可靠性和有效性。而后,进一步研究了橡胶高度、橡胶弹性模量、芯柱高度和芯柱密度对超材料梁弯曲带隙的影响规律,以及超材料梁在弯曲振动下的减振性能。结果表明,文章提出的超材料梁能够形成60.7~98.3 Hz的低频带隙,在61~82 Hz范围能够衰减70%以上的弯曲振动;使用低弹性模量的橡胶和降低橡胶高度可以形成更低频率的带隙,增大芯柱的高度和材料密度可以形成更低频且频带更宽的带隙。