具有减振功能的混凝土超材料的带隙特性

为了拓宽混凝土超材料的弹性波带隙宽度和数量,本文基于局域共振理论设计了一种新型二维三组元水泥基拟声子晶体。首先,采用有限元方法计算和研究了该新型二维三组元水泥基拟声子晶体的能带结构、振动模态、位移场和衰减特性。其次,分析了带隙形成机制和影响因素,并根据质量-弹簧系统模型推导了带隙范围的理论估计式。
最后,将该水泥基拟声子晶体应用到地铁道床上,分析了水泥基拟声子晶体地铁道床的减振性能。结果表明：该新型二维三组元水泥基拟声子晶体在200 Hz频段内打开了5条低频带隙,在带隙频率范围内,衰减值大多都在10 dB以上,衰减效果较好;带隙的打开与各原胞的振动特征呈现出对应关系,因特定原胞的平移振动触发,由特定原胞与基体的耦合作用的强度所控制;散射体材料的密度、包裹层材料的弹性模量及厚度是影响其带隙的主要因素;由新型二维三组元水泥基拟声子晶体组成的水泥基拟声子晶体地铁道床在1~200 Hz频段内的振动加速度均小于普通混凝土地铁道床,最大插入损失为10.22 dB,插入损失平均值为8.76 dB,具有显著的减振性能。