最近在一篇文章发表在开放获取期刊gydF4y2Ba亚博网站下载,gydF4y2Ba研究人员报道三元地震超材料基于声子晶体的概念。他们还展示了其潜力衰减低频振动通过生成带隙。gydF4y2Ba
研究:gydF4y2Ba低频振动衰减的三元地震超材料。gydF4y2Ba图片来源:erlucho / Shutterstock.comgydF4y2Ba
背景gydF4y2Ba
低频弹性波可以传播在附近的结构由于交通,建筑,或地震。他们会引起结构振动和机械噪声,这不仅可以破坏民用基础设施也是影响居民的舒适度。gydF4y2Ba
破坏人类社会和环境所产生的地震波是最严重的低频弹性波造成的负面影响。传统的抗震稳定性方法有一些缺点。和他们的内在影响低频弹性波传播的能力,地震超材料提供了一个可行的解决这个问题。亚博网站下载gydF4y2Ba
详细的结构提出了超材料(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)超材料阵列;(gydF4y2BabgydF4y2Ba)单位安排;(gydF4y2BacgydF4y2Ba)单位细胞;(gydF4y2BadgydF4y2Ba)钢散射;(gydF4y2BaegydF4y2Ba)橡胶夹杂物(包括钢内散射);(gydF4y2BafgydF4y2Ba)土壤基质(包括钢铁散射和橡胶包含内部);(gydF4y2BaggydF4y2Ba)中间截面在x - y平面(gydF4y2BahgydF4y2Ba)中间截面在x z平面上。图片来源:陈,C et al .,材料亚博网站下载gydF4y2Ba
土壤的低频振动衰减实验钻井数组第一个大型户外地震超材料实验。亚博网站下载为了确定地震超材料的能带和评估能力对振动衰减,使用有限元分析方法。亚博网站下载gydF4y2Ba
几项研究已经提出了建设地震超材料,这可能是用来限制低频弹性波的传播通过改变相对应的频率范围内的弹性波传播,为了限制低频结构振动造成的损害。gydF4y2Ba
许多地震超材料带隙频率降低设计了抑亚博网站下载制低频振动基于实验方法和有限元分析的发展。虽然这些超材料能够阻止低频弹性地震波低于20赫兹,带隙亚博网站下载范围是不够的。制定一个有效的策略来提高地震超材料带宽在低频范围内仍是一个相当兴趣的话题。gydF4y2Ba
关于这项研究gydF4y2Ba
在目前的研究中,作者提出了一种三元地震超材料衰减低频振动20 Hz以下。这个三元地震超材料的结构构建的立方单元组成的钢铁散射,橡胶涂料,和软矩阵组织规律的土壤。材料特性和几何参数的影响带隙特性检查使用的组合提出了等效弹簧质点模型和有限元分析。gydF4y2Ba
提出了超材料的带隙结构模型以及色散分析评估提供了使用有限元方法(FEM)。使用有限元法计算带隙和分析材料的频率响应。能带理论研究,提出了一个类似的质量弹簧模型。能带优化,材料和几何因素的影响分布的超材料的能带是探索。gydF4y2Ba
提出了超材料的能带结构,黄色的乐队代表三个全向带隙。A, B, C, D, E, F六三个带隙的边界点。图片来源:陈,C et al .,材料亚博网站下载gydF4y2Ba
观察gydF4y2Ba
在这项研究中,研究人员观察到,该超材料结构与低频带隙和8.5赫兹的带宽范围从0到20 Hz。通过有限元分析表明,超材料阻止传播的弹性波在相当宽的频率范围从0到20 Hz。gydF4y2Ba
频率响应的分析表明,提出的超材料能有效地衰减低频振动。带隙范围估计的等效弹簧质点模型被发现在协议与有限元结果。gydF4y2Ba
0-20赫兹的低频范围,提出了超材料结构生成一个全向带隙宽度为8.5赫兹,和低频振动带隙范围内有效地抑制。gydF4y2Ba
此外,它也观察到,通过正确地提高散射的充填率,夹杂的弹性模量,或设置阵列超材料的晶格常数,一个带隙频率较低和更大的带宽了。这项研究可能有助于缓解低频振动的基础设施如核电站。gydF4y2Ba
(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)在x - y平面中间截面的单位细胞;(gydF4y2BabgydF4y2Ba)一半的中间截面的单位细胞在xy平面上,mgydF4y2Ba核心gydF4y2Ba和mgydF4y2Ba主机gydF4y2Ba是钢铁散射和土壤的质量矩阵,分别;(gydF4y2BacgydF4y2Ba)。的过程将橡皮分成A、b部分图片来源:陈,C et al .,材料亚博网站下载gydF4y2Ba
结论gydF4y2Ba
最后,本研究提出了一个三元地震超材料来降低结构振动产生的低频弹性波。的带隙特性和频率响应因子推导使用有限元分析。理论的超材料结构的带隙频率范围然后使用一个类似的质量弹簧模型计算。gydF4y2Ba
提出了等效弹簧质点模型的结果与有限元计算结果有很好的一致性。在此基础上,研究了带隙特性的优化修改材料的几何和材料特性的组件。gydF4y2Ba
研究人员强调,等效弹簧质点模型可以有效地利用计算带隙范围在一个更方便的方式。作者认为,这项研究可能会导致低频振动衰减的新的理解。gydF4y2Ba
源gydF4y2Ba
陈,C。,Lei, J., Liu, Z., A Ternary Seismic Metamaterial for Low-Frequency Vibration Attenuation. Materials 15(3), 1246 (2022).https://www.mdpi.com/1996-1944/15/3/1246gydF4y2Ba
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