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摘要
地震超材料基于局域共振理论，可以突破结构尺寸限制，实现对低频表面波的有效控制。本文提出了一种十字形超材料结构，用于保护建筑结构免受地震破坏。首先，采用有限元方法计算并分析了超材料单元的带隙结构以及各带隙边界的振动模态，明确了带隙产生的机理。其次，通过研究表面波透过屏障结构时的传输性能，验证了带隙的准确性。此外，由于低频带隙之外结构单元能够产生局域共振现象，使得超材料结构在带隙外仍然具有一定衰减效果。随后，分析了单元结构尺寸以及材料参数对于带隙的影响。在此基础上设计出正、逆梯度式屏障结构，通过施加EI-Centro等地震波进行动力时程分析验证。结果表明，所提出的十字形超材料结构带隙较宽，带隙范围涵盖2Hz，这也是地震导致建筑结构损坏的主要频率，带隙范围易调节，经过正、逆梯度排布后，在带隙范围内主要以“彩虹捕获”和模态转化的方式吸收和消耗低频表面波能量，对EI-Centro等地震波衰减效果较好，最大加速度幅值衰减超过80%，该结构具有一定的工程应用价值，可为地震超材料在隔震减震领域的应用提供参考。
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单位合肥工业大学; 中国地震局; 中国地震局工程力学研究所
