Engineering Structures 利用惯性非线性超材料光束实现的超低频和宽带弯曲波衰减

文摘   2025-01-28 12:01   安徽  

弹性波在极低频范围内的衰减是一个相当大的挑战。虽然线性声学超材料可以操纵弹性波,但其有效性往往被限制在一个狭窄的频率范围内。针对一种新型的惯性非线性超材料波束,提出了一种具有挑战性的超材料波束。利用一阶谐波平衡法得到了弯曲波的振幅-频率响应和色散关系,其中研究了四个不同的谐振单元,并比较了由此产生的带隙。通过有限元(FE)模拟,评估了通过有限超材料梁的弯曲振动的透射谱。分析模型预测的带隙与有限元模拟的良好一致性,验证了所建立的分析方法的正确性和有效性研究结果表明,在谐振单元内引入惰性和软化非线性可以显著拓宽低频范围内的弯曲波带隙。这一发现为需要低频振动抑制和隔离的工程应用提供了一个可行的解决方案。


本文提出了一种新型的惯性非线性超材料光束,以解决超低频宽带振动抑制和隔离问题。提出了四种不同的谐振单元,并进行了研究和比较。采用一阶谐波平衡法得到了弯曲波的频率响应和色散关系。此外,利用COMSOL多物理技术进行了有限元(FE)模拟,计算了弯曲振动的透射谱。我们的分析结果与有限元法预测的带隙具有良好的一致性。我们的发现表明,在线性谐振单元上增加一个惯性器会导致一个额外的带隙。此外,软化非线性的引入有利于实现弯曲波的超低频率和超宽带隙。谐振单元的惯性率和机械布局对所产生的带隙都有显著的影响。惯性非线性谐振单元的使用提高了超材料光束的可调性和可设计性。这些发现为实现低频和宽带振动抑制和隔离提供了一个简单而有效的解决方案,这在工程应用中是一项具有挑战性的任务。最后,值得强调的是,本研究主要集中于分析和数值分析。未来的研究预计将深入研究惯性基超材料梁的制造,并实验证明其在振动抑振和隔离方面的有效性。





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