轻质高刚度超结构超低频带隙机理及设计方法

李锁斌; 蔡熠玮; 王航; 李姮媛; 李瑞

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (9) : 77 -87.

李锁斌, 蔡熠玮, 王航, 李姮媛, 李瑞

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摘要

针对轻质高刚度超结构/超材料中难以实现10 Hz以内的超低频振动带隙问题，提出了一种基于轻质高刚度超低频一体化振子的轻质高刚度超结构超低频带隙设计新思路与方法。在不改变轻质高刚度振子实际质量和刚度的基础上，通过同时放大振子的动态质量和降低动态刚度，构造具有超低频特性的轻质高刚度一体化振子，将其引入夹芯结构创造出了一种兼具轻质、高刚度和超低频带隙特性的新型超结构。结果表明：将所设计的轻质高刚度超低频一体化振子引入夹芯结构板后，振子机构的主模态振型使其动态质量被放大的同时其动态刚度降低，致使结构带隙的打开频率降低至5.5 Hz,较传统结构降低了约72%,且该新型结构在整个超低频、低频范围内具有良好的振动衰减特性；轻质高刚度超低频振子中，负刚度元件的高度、厚度、跨度以及杠杆臂长比是影响带隙和振动传输特性的关键因素，通过微调可以实现目标带隙的位置、带宽和振动传输特性的精准调控。提出的轻质高刚度超结构超低频带隙机理与设计方法解决了传统超结构设计中超低频带隙与结构轻质高刚度不可兼并的问题，所设计的超结构可兼具轻质、承载和超低频带隙特性，可为实现轻量化的工程结构功能一体化超低频减振目标提供一种新方法。