局域共振弹性超材料梁禁带宽度的拓宽方法

摘要

针对传统局域共振弹性超材料存在禁带宽度窄的问题，引入非均匀分布振子设计方法，在不改变振子总质量的前提下实现了禁带拓宽。首先，采用谱元法(SEM)建立通用弹性超材料梁模型，对单、双层均匀振子超材料梁结构的振动传递特性进行分析；然后，保持振子总质量相等，提出单、双层非均匀振子超材料梁的设计策略；最后，搭建实验装置对所提结构的振动抑制性能进行测试。研究结果表明：振子间的特征频率差异越大，最终形成的禁带宽度越宽，但禁带范围内的频响曲线会大幅波动，此时可通过加入适当阻尼进行抑制，使禁带曲线变得平稳；对于双振子超材料梁，振子的质量比和阻尼均会对结构的禁带特性产生影响，在振子与梁质量相同的条件下，单层非均匀及均匀振子超材料梁可分别形成带宽为440、68 Hz的禁带，双层非均匀及均匀振子超材料梁可分别形成带宽为395、40 Hz的禁带。研究表明所提超材料结构能够有效实现振动抑制，可为周期结构的振动问题提供一种新的调控方法。

关键词

弹性超材料 / 局域共振 / 谱元法 / 振动抑制 / 非均匀振子

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52075428）