地震波减缓：超屏障与超地基的台架测试

本文分析了两种潜在的超材料设计——超地基与超屏障，能够在 3.5 至 8 Hz 频带内衰减建筑物或结构构件上的地震波。超地基兼具减小地震响应与支承上部结构的双重目的。相反，超屏障环绕结构并屏蔽入射波。两种方案基于局部谐振子的单元排布，其动力特性通过有限元模拟结合 Bloch-Floquet 边界条件进行调谐。为拓宽衰减频带，采用了谐振频率随空间变化的梯度设计。若适当放大或缩小，该超材料设计可分别用于衰减更低频地震波或地面振动。通过对水平剪切波在时域进行完整三维数值模拟，提出了针对尺寸、谐振子数量、土体类型及震源方向性等多种设计参数的敏感性分析。总体而言，此处讨论的超材料方案可根据超结构尺寸与土体性质等若干参数，将上部结构的谱放大降低约 15% 至 70%。详细讨论了各配置的缺陷与优势。同时研究了阻尼（对避免多重谐振耦合至关重要）的作用，以及梯度超材料与调谐质量阻尼器之间的类比。