分支阻尼：来自树木的生物启发

众所周知，人造细长结构因其柔韧性而对高水平振动敏感，这常常导致不可逆的损伤。在自然界中，树木反复承受大幅运动，主要由强气候事件引起，但在大多数情况下仅受轻微损伤或未受损伤。本文识别并表征了一种受树木结构启发的新的阻尼机制，该机制在最简单的树状结构——Y形分支结构中实现。通过一个简单的两自由度模型的解析和数值分析，表明分支是这种保护机制（我们称之为分支阻尼）的关键要素。它源于几何非线性，因此特别有效地抑制大幅运动。使用柔性梁近似的更现实模型表明该机制是稳健的。最后，分析了两种仿生结构，显示通过分支实现了显著的阻尼水平，在一次振荡中通常有30%的能量被耗散。这种分支阻尼概念在细长柔性结构的设计中具有简单的实用价值。