Page 264 - 《振动工程学报》2026年第5期

1468 振 动
统响应如图 12 所示。在相同的预压缩状态下，当激
励强度从较小值（品红色曲线）增加到较大值（红色
曲线）时，系统的带隙起始位置从
至 88 Hz。这种现象是典型的“软化”非线性行为。
其物理机理可通过系统的能量景貌揭示：较大的振
动幅值使得振子的运动范围足以激活势阱中偏离平
衡点更远、曲率更平缓的区域。由于等效刚度正比
于势阱曲率，这种对平缓区域的遍历导致了系统在
一个振动周期内的平均等效刚度降低，进而引起共
振峰和带隙的前移。这一现象表明，激励强度本身
也是一个影响系统动态特性的重要参数，在实际应
用中，尤其是在强振动环境下，必须予以充分考虑。
10 0
T robust
小强度激励下系统的传递率
大强度激励下系统的传递率
10 −1
0 50 100
f / Hz
图 12 激励强度对传递率的影响
Fig. 12 Effect of excitation intensity on transmissibility 1736.
这种激励强度依赖性是双稳态超材料的固有特
征。本研究为揭示核心调谐机制而建立的线性化理
论模型未能预测此现象，但试验结果充分地揭示了
其客观存在。
3 结 论 Academy of Sciences of the United States of America，
本文对一种由双稳态屈曲梁构成的可调谐周期
结构进行了系统的理论、仿真与试验研究。通过建
立等效力学模型并结合试验标定，将复杂的连续体
结构简化为可供分析的离散系统。研究结论如下：
（1）提出并验证了一种有效的带隙调谐机制：通
过对双稳态单元施加静态预压缩，可以改变系统的
能量景貌，从而调制其等效刚度。理论分析与数值
仿真均表明，随着预压缩量的增加，系统等效刚度单
调降低，导致带隙起始频率向低频迁移。这一调谐
策略的有效性通过振动试验验证。
（2）实现了低频、宽带的带隙调控：当预压缩量
使系统趋近于双稳态至单稳态的临界点时，其等效
刚度趋近于零。“零刚度”特性使得带隙能够被调谐
至极低频率范围，为超低频振动抑制提供了可能。
试验结果显示，该方法可实现超过
频率迁移，展现出巨大的调谐潜力。
工 程 学 报 第 39 卷
（3）揭示了系统的非线性动力学行为：试验观察
到，激励强度的增大会导致带隙向低频移动，表现出
96 Hz 向低频移动 典型的“软化”非线性特征。这表明在实际应用中，
结构的动态响应不仅受调谐参数控制，也受外部激
励强度影响。
综上所述，本研究提出并验证的基于机械预压
缩的调谐方法，可为设计具有低频、宽带、可调谐隔
振特性的力学超材料提供一种思路。
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