学术前沿 | 嵌入全反射弹性超材料壳的圆柱壳中的宽带隔振

我们提出了一个系统的研究，包括理论建模、仿真分析和实验验证，以探索设计和集成全反射弹性元壳，以实现在圆柱壳中的宽带隔振的可能性。圆柱壳作为弹性上部结构的载体，可以被认为是许多工程应用的原型系统。本研究成功地将弹性元结构的操纵对象从已被广泛研究的薄板中的导波扩展到圆柱壳中的导波。总体目标是设计一个嵌入的弹性元结构，具有简单的配置，能够阻止弹性波在圆柱形壳内的传播。

首先，导出了圆柱壳中波传播的广义斯奈尔定律。为了具体实现弹性元壳的概念，提出并研究了肋亚单元。利用等效参数法和传递矩阵法，对子单元的传输性能进行了解析求解，并与COMSOL得到的仿真结果进行了比较。进一步的研究表明，该子单元具有良好的周向可扩展性，为TR-REMS的柔性设计奠定了基础。然后，结合多重反射效应和衍射理论，揭示了TR-REMS的全反射机理。我们发展了模态耦合理论来分析获得反射/透射系数和波场，并解释了弹性波与弹性元壳层相互作用时的衍射行为。仿真结果表明，TR-REMS设计策略具有与半径无关的宽带弹性波隔离效应。最后，我们设计的TRREMS嵌入一个有限圆柱壳中，以评估更现实的结构中的隔振性能。实验结果提供了有说服力的证据，表明通过在圆柱壳中嵌入TR-REMS可以实现高效的宽带隔振能力。本研究为实现圆柱壳的宽带振动屏蔽开辟了新的途径，为推进弹性元结构的实际应用提供了潜力。