西工大新闻网7月6日电（曹礼云）近日，西北工业大学航空学院杨智春教授课题组在轻质结构的低频宽带高效减振特性研究上取得突破性进展，相关研究成果以题为“Flexural wave absorption by lossy gradient elastic metasurface”的长文发表于固体力学顶级期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》。

以大型航空/航天器、水下航行器、高速列车、精密机床等为代表的重大装备对设备的振动控制水平都有严格的要求。振动控制技术是关乎装备的可靠性与品质的关键技术之一。随着新一代装备轻量化设计的发展趋势，轻薄结构部件的应用越来越多，传统的减振方法对轻薄结构的低频振动效果不佳，越来越难以适应不断提高的减振要求。轻质结构获得低频宽带的减振问题是减振技术发展的重要目标。

图1 (a)损耗弹性波超构表面（Lossy gradient elastic metasurface, LGEM）设计示意图(b)粘贴约束阻尼层的波导单胞(c)单胞的等效模型

该工作提出了损耗弹性波超构表面的概念，所设计的损耗弹性波超构表面结构能够高效吸收弯曲波（薄板结构的弯曲振动形变），为轻质结构减振提供了新的方向。弹性波超构表面是一类新型的超材料，是由在垂直于传播方向上的微结构周期排列组成。较传统周期结构和超材料结构的优势是，超构表面结构具有总厚度小于操控波长的超薄特性，能够实现小尺寸结构宽带吸收大波长的弹性波。该文设计的损耗弹性波超构表面是在薄板上开槽和粘贴约束阻尼层，从而形成亚波长（小于波长）周期结构，通过建立周期结构中弹性波高阶衍射的力学模型，系统地分析了弹性波的衍射响应，揭示了衍射波的多重反射增强吸收的新物理机制。理论分析、数值仿真和实验结果非常一致，证实了该设计的结构能够在343到1000Hz低频宽带范围内高效率、准全向吸收弯曲振动。该工作还提出了一种厚度优化方法，通过重组单胞的排列顺序来增强衍射波的多重反射效应，从而可以保证在超构表面结构吸波性能不变的同时减小其厚度（图1中x方向上设计的结构尺寸）使其更轻薄，该设计方法对轻质结构低频减振具有重要意义。该项工作为各型装备研制中突破轻质结构振动与噪声控制技术瓶颈提供新的理论与思路。

图2 损耗弹性波超构表面（LGEM）和传统的约束阻尼层（LUEM）的吸收系数

西北工业大学（第一单位）曹礼云博士为该论文第一作者，西北工业大学杨智春教授和法国国家科学院让·拉穆尔（Jean Lamour）研究院Badreddine ASSOUAR教授为该论文的共同通讯作者。西北工业大学徐艳龙副教授、陈兆林博士，Jean Lamour研究院樊世旺博士、朱一凡博士后以及同济大学李勇研究员共同参与了该研究工作。研究得到了国家自然科学基金委、高等学校学科创新引智计划、中央高校基本科研专项资金和国家留学基金委的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2020.104052

（审稿：张伟伟）