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科学研究
科研成果

地震超材料衰减地震波研究新进展

2022/05/11

近日,8181801威尼斯下载赵春风副教授在地震超材料衰减地震波研究方面取得新进展,研究成果发表在国际结构动力学TOP期刊《Earthquake Engineering & Structural Dynamics》(JCR Q1IF=4.43)上,论文题为“Seismic surface wave attenuation by resonant metasurfaces on stratified soil.”,研究生曾超为论文第一作者,赵春风副教授为通讯作者,该项工作得到中国地震局地震工程与工程振动重点实验室重点专项(2020EEEVL0404)和国家自然科学基金(51508148)项目资助。

声子晶体和弹性超材料具有良好的衰减域特性,通过调节带隙的宽度和范围来实现对不同尺度声波和弹性波传播特性的调控,已应用于超透镜、隐身斗篷、电磁导波等领域。鉴于弹性波超材料在控制低频、大波长弹性波传播方面展现出的优异性能,近年来已逐渐拓展到环境振动降噪、地震波屏蔽等领域。然而,由于场地条件、动力激励下的滞回阻尼和分层土壤等的影响,弹性超材料在该类场地的衰减域特性尚未得到研究和揭示,制约了弹性超材料在土木工程领域中的应用。

基于上述科学问题,通过理论和数值的方法研究了地震表面波在分层介质中的传播特性,建立了分层地基上地震超平面的弹性动力学方程,通过采用经典弹性动力学理论和有效介质近似方法揭示了地震超表面的动力学行为以及局域地震超材料与地震表面波的耦合规律,将Abo-zena算法与增量矩阵方法相结合,提出了地震超平面的简化特征方程,解决了传统方法求解封闭频散方程的精度问题,提高了计算效率。其次,在此基础上建立了三种形态的平面应变有限元模型,进一步揭示了地震超材料与地震表面波的耦合机理。研究表明,当地震的主要频率处于共振频率范围内,地震超材料可以显著减小地震表面波的传播。该研究为地震超材料在工程结构减隔震领域的应用奠定了理论基础和科学依据。

(论文链接: 

赵春风/文、

王静峰/


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