学术前沿 | 用于集成隔振和能量收集的粘弹性超材料梁

本文设计了一种能同时实现能量收集和隔振效果的粘弹性超材料。粘弹性超材料由周期性地放置在粘弹性矩阵中的空间球摆能量收割机组成。因此，它利用带隙特性来收集带隙内的能量和隔振。首先，推导了粘弹性超材料梁在横向激发下的动力学控制方程。其次，根据布洛赫定理得到了粘弹性超材料的色散关系，并进行了有限元计算。最后，建立了一个横向激励粘弹性超材料实验平台，验证了理论建模和分析方法。以下是主要的结论。

(i)可以有效地抑制振动响应，并通过控制粘弹性超材料的参数来调节带隙。

（ii）能量收集谐振器可以将振动的动能转化为电能输出。 局部谐振带隙内的能量的功率输出远远大于带隙外的功率输出。

（iii）调整单元的维数参数可以有效地调节局部共振带隙和布拉格带隙的频率范围。细胞和空腔的尺寸可以有效地调节布拉格频率，从而提高粘弹性超材料的隔振性能。谐振磁球质量参数可以有效地调节局部谐振频率。

综上所述，本文提出的粘弹性超材料可以实现更好的振动能量收集，同时实现低频隔振。