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A low-frequency and broadband wave-insulating vibration isolator based on plate-shaped metastructures
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作者 Wei WEI Feng GUAN Xin FANG 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第7期1171-1188,共18页
A metamaterial vibration isolator,termed as wave-insulating isolator,is proposed,which preserves enough load-bearing capability and offers ultra-low and broad bandgaps for greatly enhanced wave insulation.It consists ... A metamaterial vibration isolator,termed as wave-insulating isolator,is proposed,which preserves enough load-bearing capability and offers ultra-low and broad bandgaps for greatly enhanced wave insulation.It consists of plate-shaped metacells,whose symmetric and antisymmetric local resonant modes offer several low and broad mode bandgaps although the complete bandgap remains high and narrow.The bandgap mechanisms,vibration isolation properties,effects of key parameters,and robustness to complex conditions are clarified.As experimentally demonstrated,the wave-insulating isolator can improve the vibration insulation in the ranges of[50 Hz,180 Hz]and[260 Hz,400 Hz]by 15 dB and 25 dB,respectively,in contrast to the conventional isolator with the same first resonant frequency. 展开更多
关键词 metamaterial and metastructure vibration isolation bandgap wave insulation PLATE
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Layered metastructure containing freely-designed local resonators for wave attenuation
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作者 Yu Li Huguang He +3 位作者 Jiang Feng Hailong Chen Fengnian Jin Hualin Fan 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期23-31,共9页
Combining periodic layered structure with three-dimensional cylindrical local resonators,a hybrid metastructure with improved wave isolation ability was designed and investigated through theoretical and numerical appr... Combining periodic layered structure with three-dimensional cylindrical local resonators,a hybrid metastructure with improved wave isolation ability was designed and investigated through theoretical and numerical approaches.The metastructure is composed of periodic rubber layers and concrete layers embedded with three-dimensional resonators,which can be freely designed with multi local resonant frequencies to attenuate vibrations at required frequencies and widen the attenuation bandgap.The metastructure can also effectively attenuate seismic responses.Compared with layered rubber-based structures,the metastructure has more excellent wave attenuation effects with greater attenuation and wider bandgap. 展开更多
关键词 Layered metastructure Local resonator Wave attenuation
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考虑地层横观各向同性的地铁临近环境减隔振超结构
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作者 庄晓莹 蔡润成 金亚斌 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1024-1031,共8页
基于能带理论的减隔振超结构由于其禁带特性而受到了广泛的关注,其中局域共振禁带对小尺寸结构实现低频减隔振具有重要意义,并被应用于地层土体表面波和体波减隔振。然而目前绝大多数研究集中于各向同性土体。考虑地层土体横观各向同性... 基于能带理论的减隔振超结构由于其禁带特性而受到了广泛的关注,其中局域共振禁带对小尺寸结构实现低频减隔振具有重要意义,并被应用于地层土体表面波和体波减隔振。然而目前绝大多数研究集中于各向同性土体。考虑地层土体横观各向同性,研究二维橡胶-混凝土超结构对地铁振动的减隔振特性,对比分析了混凝土半径、橡胶厚度和土体各向异性对超结构全向禁带的影响。在此基础上建立不同方向透射和全尺寸透射模型,验证了弹性波在超结构禁带频率内能够有效衰减。探索了土体各向异性对减隔振超结构性能的影响,能够为地铁临近环境减隔振设计和分析提供参考及指导。 展开更多
关键词 横观各向同性 地铁振动 减隔振超结构 能带理论 透射传输
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基于螺旋超材料的定向声传感装置的设计
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作者 李想 李健 +3 位作者 李昱霖 赵云峰 郑健峰 黄新敬 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期877-889,共13页
传统定向声传感装置往往依赖于内部电路设计或多传感器复杂算法的方式压制特定方向的环境噪声以提高信号信噪比,其具有较大的体积,并且很难改变指向特性,影响了在实际场景中的使用效果与普适性.基于螺旋超材料设计了一种可重配置的声学... 传统定向声传感装置往往依赖于内部电路设计或多传感器复杂算法的方式压制特定方向的环境噪声以提高信号信噪比,其具有较大的体积,并且很难改变指向特性,影响了在实际场景中的使用效果与普适性.基于螺旋超材料设计了一种可重配置的声学传感装置,通过超单元的精巧设计与超结构的应用赋予了单麦克风声学系统良好的定向传感和频率筛选特性.该装置采用单叶片螺旋超单元实现独特频率和方向响应特性.根据声路与等效介质转换理论,螺旋超材料具有周期性峰谷变化的频响特性.通过对螺距的调整,在基频和倍频频段内设计出具有特定频率特性的超单元,可控波长可达到自身长度的15倍.通过有限元仿真以及四传感器透射系数测量系统对超单元的频率透射特性进行了研究和测试,实验结果证明了其峰值频率响应与理论模型相一致.进一步,依据尺寸模型和多模型敏感角度分析,提出了一套超结构的设计方案与实现方法,并且具体制造了一种八角柱形超结构.分析了其中心测点处的声压变化与内外声压场,结果表明:在结构插槽内放入不同峰值频率的超单元,将改变整个超结构的敏感频率;重新排布超单元的排布顺序,将实现超结构指向性的重构.采用自动旋转实验平台对超结构的指向性进行验证,实验结果证明了超结构的定向传感性与仿真结果相一致,并能够通过单元分布的简单重配置实现不同的定向声传感装置.本文提出的设计方法为构建高信噪比的可调定向声采集设备提供了新的可借鉴思路. 展开更多
关键词 声学指向性 声学传感 超材料 超结构
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力学超结构设计方法研究进展
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作者 姚谦 杨钊 +5 位作者 王昕 翟智 李振 耿新宇 李秉洋 王鹏飞 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第8期974-1000,共27页
力学超结构是具有超常力学性能的人工设计结构,其独特属性主要来自特殊设计的代表性单元的拓扑结构,其数学基础、超常特性、工程制造、多功能集成与应用近年来受到广泛关注.为优化力学超结构设计流程、确定未来趋势与潜在跨学科创新,该... 力学超结构是具有超常力学性能的人工设计结构,其独特属性主要来自特殊设计的代表性单元的拓扑结构,其数学基础、超常特性、工程制造、多功能集成与应用近年来受到广泛关注.为优化力学超结构设计流程、确定未来趋势与潜在跨学科创新,该文聚焦力学超结构基本设计理念与研究进展,探讨了优化方向.首先,按照正向设计与逆向设计概念针对力学超结构设计方法进行分类;其次,针对正向设计分类型探讨周期性超结构、表面缺陷超结构与数学模型启发超结构设计方法的设计原理、适用领域与优化方向,针对逆向设计分析了各类优化算法与学习算法近年在力学超结构领域取得的进展与存在的问题;最后,对开放性问题与未来挑战进行了总结. 展开更多
关键词 力学超结构 点阵结构 折纸 极小曲面 逆向设计 机器学习
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内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构的机理分析与优化设计
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作者 贾静 肖勇 +2 位作者 王勋年 王帅星 温激鸿 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期164-177,共14页
低频噪声一直是噪声控制领域比较棘手的问题,近年来吸声超结构的蓬勃发展为低频噪声控制提供了新理念.本文提出了一种内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构,建立了其吸声特性计算的理论解析方法,并与数值计算方法对比,验证了解析方法的有效... 低频噪声一直是噪声控制领域比较棘手的问题,近年来吸声超结构的蓬勃发展为低频噪声控制提供了新理念.本文提出了一种内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构,建立了其吸声特性计算的理论解析方法,并与数值计算方法对比,验证了解析方法的有效性.随后,从吸声曲线、简化等效模型、归一化声阻抗、声压云图与质点速度分布等多角度对吸声特性及吸声机理进行了深入分析.进一步,采用差分优化算法开展了多元胞并联耦合宽带优化设计,优化后典型超结构实现了90 mm厚度下在170—380 Hz低频段内平均吸声系数达到0.86的优异吸声效果.最后,制备了若干样件,开展吸声测试,实验结果与理论结果符合良好,验证了解析建模与优化设计方法的准确性.本文提出的内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构具有结构简单、低频吸声性能好,且易于加工制造等特点,在低频噪声控制领域具有广阔的应用前景. 展开更多
关键词 吸声超结构 Helmholtz共鸣器 内插缝 低频吸声
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负刚度扭转超结构力学性能研究
7
作者 王钦泽 韩宾 +2 位作者 郑培远 刘志鹏 张琦 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第8期1082-1095,共14页
通过屈曲变形实现非损伤耗散能量的负刚度超结构,为可重复使用的缓冲防护器件提供了新的设计思路,但其耗散能力较弱、难以过载保护的缺点限制了实际应用.为增强耗能性能及最大允许变形量,将负刚度铰接梁与具有压扭效应的斜杆串联组合,... 通过屈曲变形实现非损伤耗散能量的负刚度超结构,为可重复使用的缓冲防护器件提供了新的设计思路,但其耗散能力较弱、难以过载保护的缺点限制了实际应用.为增强耗能性能及最大允许变形量,将负刚度铰接梁与具有压扭效应的斜杆串联组合,设计了一种负刚度扭转超结构,通过引入扭转变形缓解了过载导致的应力集中.建立了负刚度扭转单元模型,通过刚度匹配设计实现了对力学性能的调控,使负刚度扭转超结构表现出突跳行为,产生加卸载曲线不重合的迟滞现象,从而极大地提高了能量耗散能力.通过结构参数及刚度关系的优化设计,负刚度扭转超结构的最大等效压缩应变可达71%,相同层数下,能量耗散能力可以达到传统屈曲梁超结构的两倍. 展开更多
关键词 负刚度 扭转超结构 串联设计 能量耗散
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可调频超结构充液管道的振动抑制
8
作者 王可心 杨智春 +2 位作者 赵天 徐艳龙 田玮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第13期180-189,共10页
提出了一种附加可调频局域共振单元的超结构充液管道,通过调整局域共振单元的质量块在弹簧片上的安装位置,实现局域共振单元固有频率的可调性,进而实现充液管道在多个频率下的振动抑制。首先建立了附加可调频局域共振单元的超结构充液... 提出了一种附加可调频局域共振单元的超结构充液管道,通过调整局域共振单元的质量块在弹簧片上的安装位置,实现局域共振单元固有频率的可调性,进而实现充液管道在多个频率下的振动抑制。首先建立了附加可调频局域共振单元的超结构充液管道的结构动力学模型,采用伽辽金法推导了超结构充液管道的运动方程,然后利用模态分析方法建立了多频带隙的解析表达式。建立了相应的有限元模型,对其多频减振特性进行数值仿真,并开展了相应的验证试验。计算和试验结果验证了所提出的超结构充液管道存在多个带隙,在带隙范围内充液管道的弯曲振动被显著抑制。研究工作表明,使用可调频局域共振单元能够有效抑制充液管道多个频率下的振动,为其在多目标频段下充液管道的减振应用提供参考。 展开更多
关键词 超结构充液管道 多频带隙 可调频局域共振单元 振动抑制
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Floating periodic pontoons for broad bandgaps of water waves
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作者 Huaqing JIN Haicheng ZHANG +1 位作者 Ye LU Daolin XU 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2024年第11期1913-1928,共16页
The narrow attenuation bands of traditional marine structures have long been a challenge in mitigating water waves.In this paper,a metastructure(MS)composed of floating periodic pontoons is proposed for broadband wate... The narrow attenuation bands of traditional marine structures have long been a challenge in mitigating water waves.In this paper,a metastructure(MS)composed of floating periodic pontoons is proposed for broadband water wave attenuation.The interaction of surface gravity waves with the MS is investigated using linear wave theory.The potential solutions of water waves by the MS with a finite array are developed by using the eigenfunction expansion matching method(EEMM),and the band structure of the MS is calculated by the transfer matrix method(TMM),in which the evanescent modes of waves are considered.The solution is verified against the existing numerical result for a special case.Based on the present solution,the association between Bragg resonance reflection and Bloch bandgaps is examined,the effects of pontoon geometry are analyzed,and the comparison between floating MS and bottom-mounted periodic structures is conducted.A computational fluid dynamics(CFD)model is further developed to assess the structures in practical fluid environments,and the floating MS presents excellent wave attenuation performance.The study presented here may provide a promising solution for protecting the coast and offshore structures. 展开更多
关键词 floating metastructure(ms) wave attenuation bandgap analytical method
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高强韧仿生螺旋复合材料超结构设计与分析
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作者 王昕 李振 +3 位作者 季海波 杨宏俊 李秉洋 王鹏飞 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第8期1106-1116,共11页
随着人类航天活动的日益频繁,轨道空间环境不断恶化,提升航天器结构强度和韧性具有重要的现实意义.该文设计了具有中面对称特性的高强韧仿生螺旋复合材料超结构,开发了相应的热压制备工艺.通过准静态压痕性能测试,以荷载⁃位移曲线、峰... 随着人类航天活动的日益频繁,轨道空间环境不断恶化,提升航天器结构强度和韧性具有重要的现实意义.该文设计了具有中面对称特性的高强韧仿生螺旋复合材料超结构,开发了相应的热压制备工艺.通过准静态压痕性能测试,以荷载⁃位移曲线、峰值力、失效位移、刚度与能量吸收为关键力学指标,分别在37层与73层下对正交、准各向同性以及5°,10°,20°螺旋铺层的碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced polymer,CFRP)超结构进行了性能表征,并分析了破坏模式与失效机理.研究结果表明:相较于传统铺层方法,采用对称螺旋铺层方式能够有效减小层间应力,显著提升超结构的准静态压痕性能;尤其是当螺旋角设定为10°时,超结构在峰值载荷和能量吸收方面得到了卓越的性能提升.该研究成果不仅为航天领域内高性能复合材料超结构的设计与制造提供了理论支持,同时也为其实际应用奠定了实践基础. 展开更多
关键词 碳纤维增强复合材料 仿生螺旋铺层设计 准静态压痕性能 航天器 超结构
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轻巧⁃承力⁃功能一体化超结构:概念、设计及应用
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作者 康瑞 李雪 +5 位作者 孟晗 高金翎 邓健 姜永烽 林国兴 卢天健 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第8期949-973,共25页
高端装备在极端环境下的适应性和机动性是国防安全的核心保障,具有重要战略意义.提高主承载结构的轻量化水平与功能性,是推动高端装备升级换代的关键环节.高端装备在多场耦合极端环境下工作,对主承载构件的轻量化和多功能性提出了严苛要... 高端装备在极端环境下的适应性和机动性是国防安全的核心保障,具有重要战略意义.提高主承载结构的轻量化水平与功能性,是推动高端装备升级换代的关键环节.高端装备在多场耦合极端环境下工作,对主承载构件的轻量化和多功能性提出了严苛要求.现有装备的承力结构与功能(减振降噪、抗弹防爆、冲击吸能、散热隔热、吸波等)分离,造成结构和重量冗余,性能难以提升.因此,亟需开发轻巧-承力-功能一体化超结构,推进高端装备的升级换代.该文首次提出轻巧-承力-功能一体化超结构的概念并给出了明确的定义,然后结合实际工程应用需求对多种超结构的设计方案开展综述,最后对超结构未来的发展方向进行了展望. 展开更多
关键词 轻巧-承力-功能一体化超结构 轻量化 多功能 设计 应用
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双稳态压电超结构的超传输滞回效应与非互易编码特性
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作者 郑宜生 陈逸涵 +1 位作者 瞿叶高 孟光 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2103-2113,共11页
利用超结构的非线性效应能够实现新颖的振动能量传输调控现象.双稳态超结构存在非线性超传输特性,即在超结构线性化带隙内,当激励幅值超过某个临界值时,传输的振动能量将突变到很大值.文章针对含双稳态分流电路的压电超结构梁,建立了力... 利用超结构的非线性效应能够实现新颖的振动能量传输调控现象.双稳态超结构存在非线性超传输特性,即在超结构线性化带隙内,当激励幅值超过某个临界值时,传输的振动能量将突变到很大值.文章针对含双稳态分流电路的压电超结构梁,建立了力电耦合非线性动力学数值模型,并采用伽辽金法对数值模型进行降阶处理以提升计算效率.基于上述模型研究了双稳态压电超结构的振动能量非线性传输特性,发现超结构线性局域共振带隙内的超传输特性存在滞回效应,也即向上扫幅激励和向下扫幅激励两种工况下超传输临界值不同.通过改变双稳态电路两个稳定平衡点的间距或者电路在稳定平衡点的共振强度可以移动超传输滞回区间.进一步通过在双稳态压电超结构一侧布置线性共振电路来引入系统非对称性,可使得正方向和反方向的超传输滞回区间发生偏离,利用这种非互易的超传输滞回效应可以在不同激励幅值区间实现不同模式的非互易编码.增强系统非对称性可使得正方向和反方向的超传输滞回区间偏离更加显著,故非互易编码区间具有可调性.文章极大地拓展了超材料的非互易模式,正方向和反方向能量传输性能不再局限于传统超材料固定的“传输”或“非传输”状态,通过合适的非互易编码设计可以实现弹性信息的单向传输功能. 展开更多
关键词 压电超结构 双稳态电路 非线性超传输 非互易编码 滞回效应
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局域共振夹芯超结构梁带隙特性及实验研究
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作者 付强 姚飞 张红艳 《人工晶体学报》 北大核心 2024年第1期65-72,共8页
本文提出了一种新型局域共振夹芯超结构梁,该结构由夹芯梁基体和由软材料包裹质量块组成的局域共振单元构成。分别采用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的带隙分布和振动传输特性,搭建了局域共振夹芯超结构梁的振动传输测试实验平台,... 本文提出了一种新型局域共振夹芯超结构梁,该结构由夹芯梁基体和由软材料包裹质量块组成的局域共振单元构成。分别采用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的带隙分布和振动传输特性,搭建了局域共振夹芯超结构梁的振动传输测试实验平台,并与数值计算结果进行对比验证,最后分析了结构参数对结构带隙分布特性的调控规律。研究结果表明,该结构在低频范围内共出现两条弯曲波带隙,带隙频率分别为196.1~339.0 Hz和377.2~655.6 Hz。而完全带隙位于弯曲波带隙内,频率范围为380.0~423.6 Hz。且在这两条弯曲波带隙范围内,弯曲振动传输会发生明显的减弱现象。另外,局域共振夹芯超结构梁的结构参数会对带隙分布特性产生较大影响,通过合理选择结构参数,可以实现局域共振夹芯超结构梁低频率和高带宽的减振要求。 展开更多
关键词 夹芯结构 夹芯超结构梁 局域共振 传递矩阵 振动衰减 振动带隙
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基于全介质缺陷纳米四聚体超结构的高灵敏度折射率传感器
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作者 孙庆贺 范鑫烨 +4 位作者 房文敬 曹爽爽 王丹丹 牛慧娟 陶继方 《聊城大学学报(自然科学版)》 2024年第5期68-75,122,共9页
本文提出并研究了一种具有高灵敏度的全介质纳米四聚体超结构。该结构由位于SiO 2衬底上的缺陷型圆柱周期性阵列排布而成。利用时域有限差分(FDTD)方法对非对称全介质超结构的透射谱和电磁场分布进行了数值分析。基于连续体中的束缚态(B... 本文提出并研究了一种具有高灵敏度的全介质纳米四聚体超结构。该结构由位于SiO 2衬底上的缺陷型圆柱周期性阵列排布而成。利用时域有限差分(FDTD)方法对非对称全介质超结构的透射谱和电磁场分布进行了数值分析。基于连续体中的束缚态(BIC)理论,通过引入了平面内圆柱型缺陷来打破对称性,在近红外波段激发了多重Fano共振,最大Q因子达到1277,调制深度接近100%。结合电磁场分布特性,分析了五个Fano共振峰的共振模式,分别为TD(环形偶极子)、MQ(磁四极子)、MD(磁偶极子)、MDs和TD。仿真结果表明,该结构具有良好的传感性能,灵敏度为826 nm/RIU,品质因数(FOM)达到898 RIU^(-1)。所提出的结构由于其高灵敏度和高Q因子,因此可广泛应用于环境传感、生物传感和非线性光学等领域。 展开更多
关键词 全介质 超结构 高灵敏度 基于连续体中的束缚态
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基于全局灵敏度的高效一体式隔振超结构不确定性分析
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作者 王东贤 赵建雷 +1 位作者 赵伟佳 朱睿 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期334-342,共9页
以控制力矩陀螺等为代表的航天器执行机构能产生微扰振,后者直接影响光学荷载的成像精度和航天器关键部件的寿命,从而降低航天器的核心性能。一体式隔振超结构展现出了优异的隔振性能,但是由制造误差带来的几何不确定性会影响其隔振频... 以控制力矩陀螺等为代表的航天器执行机构能产生微扰振,后者直接影响光学荷载的成像精度和航天器关键部件的寿命,从而降低航天器的核心性能。一体式隔振超结构展现出了优异的隔振性能,但是由制造误差带来的几何不确定性会影响其隔振频带和隔振效果。该研究提出一种基于全局灵敏度的高效不确定性分析方法,能够在隔振超结构设计过程中准确地量化由制造误差带来的隔振性能偏差。首先,将高阶的稀疏点区间切比雪夫多项式展开与基于方差的Sobol’灵敏度指数相结合得到一种高效的全局灵敏度分析方法。该方法与传统蒙特卡洛灵敏度分析方法相比计算效率提高了三个数量级。其次,通过忽略全局灵敏度指数较小的区间变量,大大减少了由复杂单元组成的超结构不确定性分析的工作量。最后,进行了不确定性灵敏度分析方法的试验验证。结果表明,所提出的基于全局灵敏度的不确定性分析方法可为隔振超结构的设计与制造提供高效指导。 展开更多
关键词 隔振超结构 不确定性分析 全局灵敏度分析 切比雪夫多项式 增材制造
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局域共振船体板架超结构低频隔振特性研究 被引量:2
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作者 陈鼎康 李欣欣 +1 位作者 李应刚 朱凤娜 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2023年第5期221-226,共6页
声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结... 声学超材料独特的亚波长带隙特性使其在船舶工业低频减振降噪领域呈现广泛的潜在应用价值。针对船舶机械设备低频振动和噪声控制问题,采用Solid-Shell多物理场耦合有限元法研究局域共振船体板架超结构弯曲波传播特性,分析船体板架超结构弯曲波带隙机理与减振特性,研究局域共振子的宽度与高度、面板厚度对弯曲波带隙特性与减振特性的影响。研究结果表明,相比典型船体板架结构及阻振质量船体板架结构,局域共振船体板架超结构在低频范围内存在弯曲波带隙,显示出优良的低频隔振性能,可以有效隔离船舶机械设备低频振动激励源。 展开更多
关键词 振动与波 船体板架超结构 局域共振 弯曲波带隙 低频隔振
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管道超结构轴向带隙特性分析及实验研究 被引量:1
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作者 李孟昶 郭少杰 张红艳 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2023年第1期65-72,共8页
本文提出一种新型管道超结构元胞构型,其轴向振动带隙包括局域共振型和布拉格(Bragg)散射型两种带隙,该结构在2500 Hz内共有两阶带隙,且第二阶带隙频率范围较宽。分别应用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的能带结构分布及有限周期结... 本文提出一种新型管道超结构元胞构型,其轴向振动带隙包括局域共振型和布拉格(Bragg)散射型两种带隙,该结构在2500 Hz内共有两阶带隙,且第二阶带隙频率范围较宽。分别应用传递矩阵法和有限元法计算了该结构的能带结构分布及有限周期结构传输特性;搭建了包含4个元胞的管道超结构实验平台进行振动测试,并与计算结果进行对比验证;最后讨论了不同参数对其带隙分布的影响规律。结果表明,所研究管道超结构在2500 Hz内共有两阶带隙,第一阶带隙主要为局域共振型带隙,凸台和振子的几何尺寸对其影响较大,元胞尺寸对其影响较小。第二阶带隙主要为布拉格散射型带隙,带隙宽度可达923 Hz,该带隙分布随元胞长度、凸台长度和振子厚度改变而改变。合理设计结构各部分几何尺寸,可满足工程中特定频段抑振的需求。 展开更多
关键词 局域共振 布拉格散射 超结构 传递矩阵 轴向振动 带隙特性
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直曲增强型负泊松比超材料的力学性能与减振研究 被引量:2
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作者 郭世怡 田树才 +1 位作者 张小龙 田瑞兰 《动力学与控制学报》 2023年第7期28-37,共10页
负泊松比超材料结构作为一种新型智能材料与结构,精确计算超材料结构在大应变下的非线性力学性能对其在工程中的潜在应用具有重要意义.本文在弧形内凹负泊松比结构中加入直杆,设计了一类直杆增强型直曲耦合内凹超材料结构;利用能量法推... 负泊松比超材料结构作为一种新型智能材料与结构,精确计算超材料结构在大应变下的非线性力学性能对其在工程中的潜在应用具有重要意义.本文在弧形内凹负泊松比结构中加入直杆,设计了一类直杆增强型直曲耦合内凹超材料结构;利用能量法推导出了曲边内凹蜂窝结构的横/纵向等效泊松比与等效弹性模量的解析表达式,讨论结构各参数对结构等效泊松比与等效弹性模量的影响.考虑几何非线性大变形,建立了曲边内凹负泊松比结构的有限元模型,并与线性模拟结果对比,验证了解析表达式的正确性.结果表明,等效泊松比与等效弹性模量均随变形增大而变化,且变形越大差异越明显,大变形下须考虑几何非线性;利用谐响应分析计算结构的加速度级和加速度振级落差,凸显所设计超材料结构的减振性能;分析结构整体减振性能,发现其随层数增加逐渐增大;不随频率变化,在低频范围内对激励产生的响应能够起到抑制作用.因此,合理的设计超材料微结构对结构的低频振动具有很好的抑制作用,对负泊松比超材料减振结构设计具有一定的参考意义. 展开更多
关键词 几何非线性 负泊松比结构 有限元模拟 减振
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Design of low-frequency circular metastructure isolators with high-load-bearing capacity
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作者 Ning CHEN Zhichun YANG +3 位作者 Te YANG Yizhou SHEN Wei TIAN Yanlong XU 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第10期207-220,共14页
Traditional vibration isolation structures cannot work effectively for low-frequency vibration under heavy loads,due to the inherent contradiction between the high-static and lowdynamic stiffness of these structures.A... Traditional vibration isolation structures cannot work effectively for low-frequency vibration under heavy loads,due to the inherent contradiction between the high-static and lowdynamic stiffness of these structures.Although the challenge can be effectively addressed by introducing a negative stiffness mechanism,the existing structures inevitably have complex configurations.Metastructures,a class of man-made structures with both extraordinary mechanical properties and simple configurations,provide a new insight for low-frequency vibration isolation technology.In this paper,circular metastructure isolators consisting of some simple beams are designed for low-frequency vibration,including a single-layer isolator and a double-layer isolator,and their static and dynamic characteristics are studied,respectively.For the static characteristic,the force–displacement and stiffness–displacement curves are obtained by finite element simulation;for the dynamic characteristic,the vibration transmissibility curves are obtained analytically and numerically.The result shows that the circular nonlinear single-layer isolator has excellent lowfrequency isolation performance,and the isolation frequency band will decrease about 20 Hz when the isolated mass is fixed at 1.535 kg,compared with a similar circular linear isolator.These static and dynamic properties are well verified through experiments.Our work provides an innovative approach for the low-frequency vibration isolation and has wide potential applications in aeronautics. 展开更多
关键词 ISOLATOR LOW-FREQUENCY Curved beam metastructure STIFFNESS
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A novel mullite anti-gyroid/SiC gyroid ceramic metastructure based on digital light processing 3D printing with enhanced electromagnetic wave absorption and mechanical properties
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作者 Chaoyang Wang Xiao Chen +5 位作者 Zhicheng Wang Jjalin Bai Jie Tang Yulong She Zhengren Huang Yong Yang 《Journal of Advanced Ceramics》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第8期1212-1222,共11页
Sic-based composites are widely used as electromagnetic wave absorbers due to their excellent dielectric properties.However,the constraints associated with structural design and the intricacies of the preparation proc... Sic-based composites are widely used as electromagnetic wave absorbers due to their excellent dielectric properties.However,the constraints associated with structural design and the intricacies of the preparation process hinder their broader application.In this study,novel mullite anti-gyroid/SiC gyroid metastructures are designed to integrate the mechanical and electromagnetic wave(EMW)absorption properties of composite materials.Mullite anti-gyroid/SiC gyroid composites are fabricated utilizing a combination of digital light processing(DLP)three-dimensional(3D)printing and precursor infiltration and pyrolysis(PiP)processes.Through the modulation of structural units,the electromagnetic parameters can be effectively regulated,thus improving the impedance matching characteristics of the composites.The structural composites show outstanding EMW absorption properties,with a minimum reflection loss of-54 dB at a thickness of 1.9 mm and an effective absorption bandwidth of 3.20 GHz at a thickness of 2.2 mm.Furthermore,the PIP process significantly enhances the mechanical properties of the composites;compared with those of the mullite/SiC ceramics,the flexural strength of the composites is improved by 3.69-5.85 times(13.28±1.15 MPa vs.(49.05±1.07)-(77.78±3.72)MPa),and the compressive strength is improved by 4.59-13.58 times(8.55±0.90 MPa vs.(39.02±1.63)-(116.13±2.58)MPa).This approach offers a novel and effective method for fabricating structural composites with an expanded range of higher electromagnetic wave absorption properties and improved mechanical properties. 展开更多
关键词 mullite anti-gyroid/SiC gyroid metastructures digital light processing(DLP) precursor infiltration and pyrolysis(PIP) electromagnetic waveabsorption
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