基于K阻尼概念的低频宽带隙弹性/声学超材料

术语“声学/弹性超材料”描述了一类具有展现局域共振的晶胞的周期性结构。已证明这种局域共振结构在接近这些局域共振的频率范围内导致负有效刚度和/或质量。因此，这些结构在远小于基于空间周期性（即“布拉格散射”）产生带隙所对应的波长处呈现出不寻常的波传播特性。因此，声学/弹性超材料可带来应用，尤其适用于低频范围。然而，此类超材料的低频应用需要非常重的内部运动质量，以及对内部振荡的局域共振结构的振幅的额外约束，这可能妨碍其实际实现。为解决这一缺点，将分析K阻尼概念。根据该概念，声学/弹性超材料被设计成包含负刚度元件以代替或附加于内部共振的附加质量。该概念消除了对沉重的局域附加重质量的需求，同时利用了负刚度阻尼现象。分析了布洛赫理论及经典模态分析在一维质量嵌套质量晶格上的应用，并推导了相应的色散关系。结果表明相对于传统质量嵌套质量晶格具有显著优势，如更宽的带隙和增加的阻尼比，并揭示了所提方案的巨大潜力。针对地震超结构和低频声学隔振-阻尼的初步可行性分析证实了该概念的强大潜力和适用性。