Page 208 - 《振动工程学报》2026年第5期

1412 振 动 工 程 学 报 第 39 卷

结构与结构支撑两部分组成，设置结构支撑的目的 标 记为 A、 B、 C 和 D。 试 验 中 将 扫 频 范 围 设 置 为
是以便后期通过激振器进行试验验证时对负泊松比 0~300 Hz，以覆盖结构可能发生共振的频率区间。激
实体模型进行固定。其中结构支撑设置为离散刚 励信号采用正弦激励形式，施加载荷的幅值设定为
体，与负泊松比结构设置为绑定。在结构支撑上设 10 N，以保证激振器能够提供稳定的振动输入，同时
置参考点 RP，在 RP 点上施加幅值为 10 N 垂直简谐 避免过大激励对结构产生损伤或非线性响应。通过
载荷，其频率范围设定为 0~300 Hz。在分析过程中， 对参考点的频率响应特性进行分析，从而评估负泊
提取结构的前 20 阶模态进行研究，模态阻尼系数设 松比结构的减振性能。
置为 5%，结构通过拉伸夹具固定在激振器上开展
试验。

可拉伸夹具 实物模型
中心带孔底板
激振器
(SINOCERA- D
2 改变结构
JZK-5) 3 C C
功率放大器 观测点位置 B 实体模型
(SINOCERA- 动态信号测试仪 B B
YE5871A)
(INV3068)
A A
A
v=−0.3, 2×2结构 v=−0.5, 3×3结构 v=−0.9, 3×4结构
1 4
图 19 结构观测点位置及 3D 打印制得实体模型
信号发生器
(RIGOL-DG1022) Fig. 19 Observation point locations of the structure and the 3D-
电脑 printed solid model

(输送)
(接收)
4.2 数据处理及分析方法

图 17 试验设备及工作流程图
与传统振动评价方法相比，振级落差法能够直
Fig. 17 Experimental equipment and workflow diagram
观、量化地评估结构在不同频率范围内的振动传递
特性，特别适用于分析负泊松比结构在低频、中频
和高频段的减振效果。在进行数据处理与分析时，
利用振级落差（ΔL）表征胞元在两个观测点之间的减
振效果，ΔL 的物理意义在于反映了振动能量在传播
过程中的衰减程度，ΔL 值越大，说明结构对振动的
衰减能力越强，减振性能越优异。
振级落差的计算公式为：
( )
a i
∆L = 20lg （16）
a j
式中， a i 和 分别为激励输入端和输出端测量点的加
a j
速度幅值。

图 18 3×4 结构
在本试验中，将采集到的时域振动信号通过傅
Fig. 18 3×4 configuration

里叶变换转化为频域信号，从而获得频率响应曲线，
选用 TPU 材料，其弹性模量为 78.2 MPa，密度为 揭示结构在不同频率下的振动响应幅值，直观反映
1.2 g/cm 。通过 3D 打印技术制得负泊松比为−0.3 的 共振频率、共振峰值以及振动能量的衰减特性。三
3
2×2 结构、负泊松比为−0.5 的 3×3 结构及负泊松比为 种结构在激振器试验中得到的时域分析、频域分析
−0.9 的 3×4 结构，所有结构的厚度均设为 20 mm，下 及观测点间的加速度振级落差如图 20 所示，相关数
端面的高度为 10 mm。在不同构型的负泊松比超材 据如表 5 所示，负泊松比超材料在不同频段的减振
料模型上添加观测点，如图 19 所示。底端测量点为 性能存在显著差异。
激励输入端，用于记录结构在激励作用下的输入振 负泊松比为−0.9 的 3×4 结构在约 88 Hz 测试频
动信号；顶端测量点为激励输出端，用于记录振动信 率附近振级落差值达到 10.48 dB，表现出优异的低频
号在结构传递过程中的输出响应，由下至上测量点 减振效果。负泊松比为−0.5 的 3×3 结构在约 208 Hz