局部共振超材料梁的弯曲带隙及减振性能研究

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。

关键词

超材料梁 / 局部共振 / 弯曲带隙 / 减振性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52178125); 广州市教育局高校“羊城学者”科研资助项目(202032849)