近年来，以弹性超结构吸隔振技术为代表的新型低频弹性波控制技术吸引了物理学、力学和工程学领域学者的广泛关注。然而，现有的线性吸隔振超结构在低频范围内带隙依然较窄，而具有非线性刚度元素的超结构则需要严格而精巧的结构设计，这无疑增加了工程应用的难度。最近，融入非线性阻尼元素的超结构展现出了优异的能量耗散潜力，但关于非线性阻尼与弹性超结构的低频耦合机制尚不清楚。此外，低频振动所携带的巨额能量同时会创造充分的激励条件。如果能够借助激励本身的能量来控制低频振动，将有望显著降低超宽带低频振动控制的成本。因此，如何利用激励实现“借力打力”，从而有效衰减巨额的振动能量，成为了一个极具挑战性和研究价值的课题。

针对上述问题，西安交通大学机械工程学院吴成军教授、马富银教授团队基于将微尺度化颗粒阻尼与新型吸隔振超结构相结合的原创思想，提出了一种具有非线性阻尼的多尺度弹性超结构（图1A），利用其独特的传输特性和“借力打力”效应（利用激励来抑制振动）实现了优异的宽低频弹性波控制效果（图1B），为未来低频弹性波高效控制技术发展提供了新的方向。

图1 具有非线性阻尼的多尺度弹性超结构设计与验证

研究发现，具有非线性阻尼的弹性超结构能够在损失少量带隙效果的条件下开辟超宽的低频强衰减域，并在低于100Hz的宽低频范围内表现出显著的能量耗散潜力（平均超过10dB）。此外，研究团队结合仿真与实验，着重探究了具有非线性阻尼的弹性超结构随外部激励变化的“借力打力”效应和内部参数影响机制。该研究拓展了非线性弹性超结构的研究范畴，为新型非线性超结构器件的设计注入了活力，其天然非线性元素和“借力打力”效应则极具工程应用潜力。

近日，相关研究成果发表于国际权威期刊《复合材料Part B：工程》（Composites Part B: Engineering）。西安交通大学为该论文唯一完成单位，西安交通大学机械工程学院博士生张超为论文第一作者，西安交通大学吴成军教授、马富银教授为论文共同通讯作者，硕士生张迪作为共同第一作者参与了结构设计与仿真相关工作，硕士生殷福桀和郭明洁对论文提供了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金“海洋声学基础研究”专项原创探索计划重点项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111884

吴成军教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/cjwu

马富银教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/xjmafuyin