低频振动隔离和能量采集双功能超材料1)

赵 龙 陆泽琦 丁 虎 陈立群

(上海大学力学与工程科学学院，上海 200444)

(上海大学上海市能源工程力学重点实验室，上海 200444)

(上海市应用数学和力学研究所，上海 200072)

引言

超材料是一种具有人工周期性设计的复合材料，它具有天然材料所不具备超常物理特性[1-4].例如，由亚波长结构组成的声学超材料具有可以抑制声波或弹性波传播的带隙[5].超材料的应用主要包括机械波衰减[6-8]、低频隔振[9-11]和能量采集[12-13]等.实际的工程中，如一些特殊工况下(飞行器帆板、飞机机翼的支撑板等)不仅需要对特定频率范围内的振动进行隔离，而且需要将有害振动产生的能量转换为电能，以达到检测传感器供能的目的.因此，本文研究的重点是设计振动隔离和能量采集相结合的双功能超材料，在隔振的同时，把有害的振动能量转换为可用于电力设备的更有用的电能[14-16].然而到目前为止，关于振动隔离和能量采集相结合的双功能超材料[17-19]的研究很少.

由于低频处的振动对工程构件的损耗最大，所以低频振动隔离问题一直是许多学者研究的热点.最近，Yu 等[20]报道了Timoshenko 梁与局部谐振器的横向振动试验，并实现了其横向振动的隔离.EIBorgi 等[21]对具有多个共振频率的超材料进行了试验，扩大了隔振频率范围.Hao 等[22]设计了弯曲波激励下的多跨超材料梁，这拓宽了带隙的频率范围，表明隔振性能有所改善.Park 和Jeon[23]提出了一种用于横波的具有宽低频带隙的锥形超材料梁，它改善了宽带……