CN112878384B - 阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法 - Google Patents

阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112878384B
CN112878384B CN202110064598.0A CN202110064598A CN112878384B CN 112878384 B CN112878384 B CN 112878384B CN 202110064598 A CN202110064598 A CN 202110064598A CN 112878384 B CN112878384 B CN 112878384B
Authority
CN
China
Prior art keywords
steel plate
seismic
block
steel
metamaterial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110064598.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112878384A (zh
Inventor
张凯
罗杰
洪放
赵鹏程
赵诚
邓子辰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202110064598.0A priority Critical patent/CN112878384B/zh
Publication of CN112878384A publication Critical patent/CN112878384A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112878384B publication Critical patent/CN112878384B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
    • E02D31/08—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution against transmission of vibrations or movements in the foundation soil
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

本公开提供了一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法，属于基础隔震技术领域。该地震超材料包括多个周期排列的超材料单胞，所述超材料单胞包括钢块和土块，所述土块的外围呈立方体，所述土块内部中心设置有容置腔，所述钢块位于所述容置腔内，所述容置腔与所述钢块的外围形状相匹配，所述钢块与所述土块的接触面紧密贴合，所述土块的材料的弹性模量为0‑90MPa，质量密度为600‑2200kg/m3。该超材料结构简单，能够阻隔兰姆波地震，保护建筑物。

Description

阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法
技术领域
本公开涉及基础隔震技术领域，尤其涉及一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法。
背景技术
在自然灾害中，地震对建筑物的破坏最为严重，并可能对环境、经济和社会造成更大的破坏。全世界每年有数百万次地震发生在里氏5.0或以上的1000次以上。地震发生时，地震波从震源深处传播，携带巨大的能量向四面八方发射，可对土木结构造成重大破坏。
传统的抗震设计主要集中在结构本身的抗震设计上，通过增加结构构件的截面，以确保该结构具有足够的强度，刚度和延展性，利用结构的非线性状态来存储和消耗地震能量，从而提高结构本身的抗震性能。然而，由于结构体系的复杂性和对抗震性能要求的日益提升，传统结构抗震性能的分析和设计方法，很难满足要求。
此外，通过在建筑结构周围增加抗震材料也可完成抗震设计。目前，具有人造复合结构的超材料近年来发展迅速，为抗震设计提供了新的思路。现有技术中，已有的地震超材料大多集中在屏蔽地震波的面波和体波，对于在特定地质环境下产生的兰姆波，也携带地震能量并破坏建筑物，有时会在地震记录中占主导地位，却很少有地震超材料能去屏蔽兰姆波。另外，大多数地震超材料都集中在复杂的构型和多材料体系上，这对地震超材料的实际应用提出了重大挑战。
所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法，该超材料结构简单，能够阻隔地震兰姆波，保护建筑物，减轻地震的影响。
为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：
根据本公开的第一个方面，提供一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，包括多个周期排列的超材料单胞，所述超材料单胞包括钢块和土块，所述土块的外围呈立方体，所述土块内部中心设置有容置腔，所述钢块位于所述容置腔内，所述容置腔与所述钢块的外围形状相匹配，所述钢块与所述土块的接触面紧密贴合，所述土块的材料的弹性模量为0-90MPa，质量密度为600-2200kg/m3。
在本公开的一种示例性实施例中，所述钢块包括相互垂直的第一钢板和第二钢板，所述第一钢板和所述第二钢板均为方体结构，所述第一钢板和所述第二钢板的长度均小于所述土块的外围边长，所述第一钢板的宽度小于所述第一钢板的长度，所述第二钢板的宽度小于所述第二钢板的长度，所述第一钢板和所述第二钢板的高度等于所述土块的外围边长。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一钢板的内部中心设置有第一空腔，所述第一空腔贯穿所述第一钢板在高度方向上的相对两个表面，所述第一空腔为方体结构，所述第二钢板的内部中心设置有第二空腔，所述第二空腔贯穿所述第二钢板在高度方向上的相对两个表面，所述第二空腔为方体结构。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一空腔、所述第二空腔、所述第一钢板和所述第二钢板在高度方向上的中轴线重合。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一钢板和所述第二钢板形状大小相同，所述第一空腔和所述第二空腔的形状大小相同。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一钢板的长度/所述土块的外围边长＝0.8，所述第二钢板的长度/所述土块的外围边长＝0.8。
在本公开的一种示例性实施例中，所述钢块为横截面为正方形的方体结构，所述钢块的高度等于所述土块的外围边长。
在本公开的一种示例性实施例中，所述钢块的长度与宽度均为所述土块的外围边长的4/5。
在本公开的一种示例性实施例中，所述钢块内部中心设置有空腔，所述空腔为横截面为正方形的方体结构，所述空腔的高度等于所述土块的外围边长，所述空腔在高度方向上的中轴线与所述钢块在高度方向上的中轴线重合。
根据本公开的第二个方面，提供一种阻隔地震兰姆波传播的方法，采用第一方面所述的阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，通过改变所述土块的材料参数或所述钢块的几何尺寸来改变所述地震超材料的隔震能力，所述方法包括：
获取不同所述超材料单胞的结构参数，所述结构参数包括所述钢块和所述土块的材料参数，以及所述超材料单胞的几何参数；
根据不同所述超材料单胞的结构参数，获取所述地震兰姆波在不同所述超材料单胞中对应的带隙特性；
根据所述带隙特性，确定不同所述超材料单胞的隔震能力。
本公开提供的地震超材料，用于阻隔地震兰姆波传播。该地震超材料包括多个周期排列的超材料单胞，超材料单胞包括钢块和土块。本公开以钢材为基本材料，构型简单。本公开利用地震超材料所固有的带隙特性，实现对地震兰姆波的屏蔽，从而保护建筑物。本公开提供的地震超材料可埋设在地面以下，对地表土地的其他正常使用影响极小。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1是本公开示例性实施例中超材料单胞结构示意图；
图2是本公开另一示例性实施例中超材料单胞结构示意图；
图3是本公开又一示例性实施例中超材料单胞结构示意图；
图4是本公开又一示例性实施例中超材料单胞结构示意图；
图5是第一不可约布里渊区和波矢的扫描方向示意图；
图6是本公开示例性实施例中地震超材料布置示意图；
图7是本公开示例性实施例中地震超材料另一角度布置示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。
在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本公开的主要技术创意。
当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。
用语“一个”、“一”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
相关技术中，已有的地震超材料大多集中在屏蔽地震波的面波和体波，对于在特定地质环境下产生的兰姆波，也携带地震能量并破坏建筑物，有时在地震记录中占主导地位，却很少有地震超材料能去屏蔽兰姆波。
本公开实施方式中提供一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，包括多个周期排列的超材料单胞，超材料单胞包括钢块和土块，土块的外围呈立方体，土块内部中心设置有容置腔，钢块位于容置腔内，容置腔与钢块的外围形状相匹配，钢块与土块的接触面紧密贴合，土块的材料的弹性模量为0-90MPa，质量密度为600-2200kg/m3。
本公开提供的地震超材料，用于阻隔地震兰姆波传播。该地震超材料包括多个周期排列的超材料单胞，超材料单胞包括钢块和土块。本公开以钢材为基本材料，构型简单。本公开利用地震超材料所固有的带隙特性，实现对地震兰姆波的屏蔽，从而保护建筑物，减轻地震对其造成的影响。本公开提供的地震超材料可埋设在地面以下，对地表土地的其他正常使用影响极小。
下面结合附图对本公开实施方式提供的地震超材料进行详细说明：
如图1至图4所示，本公开提供的阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，包括多个周期排列的超材料单胞，超材料单胞包括钢块和土块，土块的外围呈立方体，土块内部中心设置有容置腔，钢块位于容置腔内，容置腔与钢块的外围形状相匹配，钢块与土块的接触面紧密贴合。
超材料也称超构材料，指的是一类具有自然界没有物理性质的人造材料。超材料是具有特殊功能的材料，比如，通过特殊的材料设计让光、电磁波改变它们的通常性质。超材料的特殊性质和功能成分源于其精密的几何结构以及尺寸大小。常见的超材料包括：光子晶体、声子晶体和超磁性材料等。其中，声子晶体的带隙可以抑制弹性波在一定频率范围内不能在其中传播。当弹性波在声子晶体中传播时，某些频率范围内的弹性波不能通过，称之为带隙；而某些频率范围内的弹性波可以传播，称之为通带。本公开地震超材料是指可以产生与地震频率相对应或建筑物固有频率相对应的带隙的声子晶体。
兰姆波是指因物体两平行表面所限而形成的纵波与横波组合的波，它在整个物体内传播，质点作椭圆轨迹运动。地震波在特定的地质环境下会产生兰姆波。本公开提供的地震超材料用于阻隔地震生成的兰姆波。在此需说明的是，本公开提供的地震超材料也可用于对地震产生的面波和体波阻隔，不仅仅局限于兰姆波。
在本公开一些示例性实施例中。土是一种非均质各向异性介质，土的弹性模量和质量密度值在很大范围内随机分布。本公开中，土的弹性模量为0-90MPa，质量密度为600-2200kg/m3。本公开钢材料的弹性模量为210±5GPa，质量密度为7850±50kg/m3。
如图1所示，在本公开一些实施例中，超材料单胞包括钢块100和土块200，钢块100包括相互垂直的第一钢板110和第二钢板120，第一钢板110和第二钢板120均为方体结构，第一钢板110和第二钢板120的长度均小于土块200的外围边长。本公开中，方体结构可包括长方体结构和正方体结构。在本公开图1所示实施例中，第一钢板110和第二钢板120为横截面为长方形的长方体结构。在此需说明的是，本公开横截面是指平行于第一钢板110和第二钢板120的长和宽所形成平面的截面。第一钢板110的宽度小于第一钢板110的长度，第二钢板120的宽度小于第二钢板120的长度，第一钢板110和第二钢板120的高度等于土块200的外围边长。第一钢板110和第二钢板120在高度方向上的中轴线重合，以使第一钢板110和第二钢板120垂直相交形成的整体结构为轴对称图形。在本公开一些示例性实施例中，第一钢板110和第二钢板120的形状大小相同。第一钢板110和第二钢板120垂直相交部分为横截面为正方形的方体结构，具体地，第一钢板110和第二钢板120垂直相交形成横截面为十字形的结构体。第一钢板110的长度/土块200的外围边长＝0.8，第二钢板120的长度/土块200的外围边长＝0.8。在此需说明的是，在另一些实施例中，第一钢板110和第二钢板120的形状大小也可不同。
如图2所示，在本公开一些示例性实施例中，超材料单胞包括钢块1001和土块2001，钢块1001包括相互垂直的第一钢板1101和第二钢板1201。第一钢板1101的内部中心设置有第一空腔111，第一空腔111贯穿第一钢板1101在高度方向上的相对两个表面，第一空腔111为方体结构，第二钢板1201的内部中心设置有第二空腔121，第二空腔121贯穿第二钢板1201在高度方向上的相对两个表面，第二空腔121为方体结构。第一空腔111和第二空腔121为方体结构，具体可以包括横截面为长方形或正方形的结构体。第一空腔111和第二空腔121为轴对称图形。在本公开一些示例性实施例中，第一空腔111和第二空腔121的形状大小相同，且第一空腔111和第二空腔121在高度方向上的中轴线重合。在图2所示实施例中，第一钢板1101和第二钢板1201的形状大小相同，第一空腔111和第二空腔121的形状大小相同，且第一钢板1101、第二钢板1201、第一空腔111和第二空腔121在高度方向上的中轴线均重合。第一钢板1101、第二钢板1201、第一空腔111和第二空腔121形成内部中空的横截面为十字形状的结构体。
如图3所示，在本公开一些示例性实施例中，超材料单胞包括钢块1002和土块2002，土块2002的外围呈立方体，土块2002内部中心设置有容置腔，钢块1002位于容置腔内，容置腔与钢块1002的外围形状相匹配，钢块1002的高度等于土块2002的外围边长。钢块1002的横截面为正方形，即钢块1002的长度和宽度相等。在一些具体实施例中，钢块1002的长度与宽度均为土块2002的外围边长的4/5。
如图4所示，在本公开的又一些示例性实施例中，超材料单胞包括钢块1003和土块2003。钢块1003内部中心设置有空腔113，空腔113为横截面为正方形的方体结构，空腔113的高度等于土块2003的外围边长，空腔113在高度方向上的中轴线与钢块1003在高度方向上的中轴线重合。空腔113为横截面为正方形的方体结构，即空腔113的长度和宽度相等。
本公开提供的阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，包括土块和钢块，可阻隔兰姆波，以提高建筑物的抗震能力。在本公开示例性实施例中，可通过改变本公开超材料单胞的几何参数和材料参数来调整地震超材料的阻隔地震兰姆波的能力。
下面将示例性说明本公开中调整地震超材料的阻隔地震兰姆波的能力的具体过程。
本公开通过动力响应分析方法结合布洛赫(Floquet-Bloch)周期性边界条件，得到一个特征值问题，通过解这个特征值问题可以得到地震兰姆波在周期结构中的传播特性。
平面兰姆波在超材料单胞中的传播控制方程为
Figure GDA0003689305480000071
其中u是位置矢量，ω是角频率，E，υ，ρ分别为弹性模量，泊松比和质量密度。
将Floquet-Bloch周期边界条件应用在超材料单胞的四个垂直面上，即图1至图4中土块外围竖直方向上的四个面。周期边界条件可以表示为
ui(r+a)＝eik.aui(r), (2)
其中，r是连接超材料单胞边界上对应点的位置向量，a晶格矢量，k是波矢。波矢的大小和方向分别表示波的传播方式和方向。超材料单胞的顶部和底部为自由边界。将(2)式的周期边界条件代入式(1)得
(Ω(k)-ω2M(k))U＝0 (3)
其中，Ω是刚度矩阵，M是质量矩阵，这两个参数都是波矢k的函数。这是一个特征值问题，计算特征值和特征向量，得到结构的自振频率ω是与波数(k1,k2)相关的，沿着第一不可约布里渊区(如图5所示)的边界Γ-X-M-Γ-Y方向扫描波矢，通过解方程(3)来得到地震兰姆波传播的带隙特性，利用有限元软件COMSOL编程即可得到表征带隙特性的能带结构图。
根据公式(1)，通过改变地震超材料的几何参数和材料参数，必将引起总体刚度矩阵和总体质量矩阵的变化，进而影响公式(3)中特征方程的解，最后令地震超材料的带隙特性发生改变，从而实现了地震超材料隔震能力的调控。以相对带隙宽度作为衡量地震超材料隔震能力的技术指标，计算公式为
ωd＝△ω/ωg (4)
其中△ω＝ωU-ωL，ωg＝(ωU+ωL)/2，ωU和ωL分别表示带隙的上边界和下边界对应的带隙频率。相对带隙宽度越大，其隔震能力越强。
例如，对于材料参数而言，本公开钢块的材料参数固定，其中弹性模量为210GPa，质量密度为7850kg/m3，泊松比为0.3。土块中的土实际是一种非均质各向异性介质，在这里可简化为均匀，各向同性介质。不同于材料参数固定的钢材，土的弹性模量和质量密度值在很大范围内随机分布，弹性模量E的近似范围为0-90MPa，质量密度ρ的近似范围为600-2200kg/m3。
通过上述过程对研究土的材料参数对本公开地震超材料的带隙特性的影响，结果显示：土壤的弹性模量越大，带隙总宽度越大，隔震能力越好；土的质量密度越小，隔震能力越好。
在实际应用中，根据建筑场地土壤，工程实际的状况设计以及该地区历史以来的地震记录，抗震设防等级来设计地震超材料的相应的参数，进行最优化参数设计，在实现隔震的同时，降低成本。
又如，对于几何超材料单胞的几何尺寸而言，假设土块和钢块中的材料是线性弹性、均质、各向同性的，材料参数如表1所示。
表1材料参数
Figure GDA0003689305480000091
研究超材料单胞几何尺寸对本公开地震超材料的带隙特性的影响，结果显示：钢块在土块中所占的比例越大，隔震能力越好。
本公开综合考虑，具体设计四种不同几何参数的超材料单胞。具体如下：
在图1所示实施例中，第一钢板110和第二钢板120的形状大小相同，第一钢板110和第二钢板120的长度用b1表示，宽度用c1表示。此外，土块200外围边长用a表示，高度用H表示。在本公开中，土块200为正方体结构，因此，土块200的高度H＝a，第一钢板110和第二钢板120的高度也等于a。b1＝0.8a，c1＝0.25a，a＝10m。
在图2所示实施例中，第一钢板1101和第二钢板1201的形状大小相同，第一钢板1101和第二钢板1201的长度用b2表示，宽度用c2表示，第一钢板1101除去第一空腔111的剩余部分的厚度用d2表示。此外，土块2001外围边长用a表示，高度用H表示。在本公开中，土块2001为正方体结构，因此，土块2001的高度H＝a，第一钢板1101和第二钢板1201的高度也等于a。b2＝0.8a，c2＝0.25a，d2＝0.25c2，a＝10m。
在图3所示的实施例中，钢块1002的长度用b3表示，宽度用c3表示，b3＝c3。此外，土块2002外围边长用a表示，高度用H表示。在本公开中，土块2002为正方体结构，因此，土块2002的高度H＝a，钢块1002的高度也等于a。b3＝c3＝0.8a，a＝10m。
在图4所示的实施例中，钢块1003外围的长度用b4表示，宽度用c4表示，b4＝c4，钢块1003除去空腔113后剩余部分的厚度用d4表示。此外，土块2003外围边长用a表示，高度用H表示。在本公开中，土块2003为正方体结构，因此，土块2003的高度H＝a，钢块1003的高度也等于a。b3＝c3＝0.8a，d4＝0.13c，a＝10m。
图1至图4所示的超材料单胞可适用于不同的隔震需求。在实际应用中，根据隔震需求可选择不同的结构。
如图6、图7所示，在实际应用中，本公开地震超材料是超材料单胞10以正方形周期性排列形成的，呈对称形式排布在受保护建筑物20的四周，形成一道吸收地震兰姆波的人造屏障，从保护建筑物免受地震兰姆波的破坏。
本公开还提供一种阻隔地震兰姆波传播的方法，采用上述的阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，通过改变土块的材料参数或钢块的几何尺寸来改变地震超材料的隔震能力。材料参数包括弹性模量和质量密度。几何尺寸为钢块横截面的具体形状及尺寸大小。该方法具体包括以下步骤：
获取不同超材料单胞的结构参数，结构参数包括钢块和土块的材料参数，以及超材料单胞的几何参数；
根据不同超材料单胞的结构参数，获取地震兰姆波在不同超材料单胞中对应的带隙特性；
根据带隙特性，确定不同超材料单胞的隔震能力。
在该方法中，通过动力响应分析方法结合布洛赫(Floquet-Bloch)周期性边界条件，得到一个特征值问题，通过解这个特征值问题可以得到地震兰姆波在不同超材料单胞中的传播特性，具体过程可参照上述所描述的调整地震超材料的阻隔地震兰姆波的能力的具体过程。
需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等，均应视为本公开的一部分。
应可理解的是，本公开不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本公开能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本公开的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本公开延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本公开的多个可替代方面。本说明书的实施方式说明了已知用于实现本公开的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本公开。

Claims (3)

1.一种阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，其特征在于，包括多个周期排列的超材料单胞，所述超材料单胞包括钢块和土块，所述土块的外围呈立方体，所述土块内部中心设置有容置腔，所述钢块位于所述容置腔内，所述容置腔与所述钢块的外围形状相匹配，所述钢块与所述土块的接触面紧密贴合，所述土块的材料的弹性模量为0-90MPa，质量密度为600-2200kg/m3；
所述钢块包括相互垂直的第一钢板和第二钢板，所述第一钢板和所述第二钢板均为方体结构，所述第一钢板和所述第二钢板的长度均小于所述土块的外围边长，所述第一钢板的宽度小于所述第一钢板的长度，所述第二钢板的宽度小于所述第二钢板的长度，所述第一钢板和所述第二钢板的高度等于所述土块的外围边长；
所述第一钢板的内部中心设置有第一空腔，所述第一空腔贯穿所述第一钢板在高度方向上的相对两个表面，所述第一空腔为方体结构，所述第二钢板的内部中心设置有第二空腔，所述第二空腔贯穿所述第二钢板在高度方向上的相对两个表面，所述第二空腔为方体结构；
所述第一空腔、所述第二空腔、所述第一钢板和所述第二钢板在高度方向上的中轴线重合。
2.根据权利要求1所述的阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，其特征在于，所述第一钢板和所述第二钢板形状大小相同，所述第一空腔和所述第二空腔的形状大小相同。
3.根据权利要求1所述的阻隔地震兰姆波传播的地震超材料，其特征在于，所述第一钢板的长度/所述土块的外围边长＝0.8，所述第二钢板的长度/所述土块的外围边长＝0.8。
CN202110064598.0A 2021-01-18 2021-01-18 阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法 Active CN112878384B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110064598.0A CN112878384B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110064598.0A CN112878384B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112878384A CN112878384A (zh) 2021-06-01
CN112878384B true CN112878384B (zh) 2022-07-26

Family

ID=76049161

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110064598.0A Active CN112878384B (zh) 2021-01-18 2021-01-18 阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112878384B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113389293A (zh) * 2021-06-17 2021-09-14 北京工业大学 一种逆梯度十字型钢式波屏障结构及制作方法
CN113389294A (zh) * 2021-06-17 2021-09-14 北京工业大学 一种低频减震十字分形波屏障结构及制作方法
CN113389292A (zh) * 2021-06-17 2021-09-14 北京工业大学 一种具有低频超宽衰减域的波屏障结构及制作方法
CN113389295A (zh) * 2021-06-17 2021-09-14 北京工业大学 一种组合型钢式地震表面波屏障结构及其制作方法
CN114606987A (zh) * 2022-03-12 2022-06-10 北京工业大学 一种格栅式地震兰姆波屏障结构
CN114635515B (zh) * 2022-04-06 2023-06-09 南京工业大学 一种具有超低频减震特性的地震超材料
CN114606989B (zh) * 2022-04-20 2023-04-18 华东交通大学 一种负泊松比-局部共振隔震结构及共振器
CN114837236A (zh) * 2022-05-06 2022-08-02 华东交通大学 一种可调节频率带隙的新型超材料隔震屏障
WO2024023838A1 (en) * 2022-07-25 2024-02-01 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) Seismobrick unit cell for protection of buildings and equipment against low-frequency seismic surface disturbances

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110080312A (zh) * 2019-03-19 2019-08-02 中国地质大学（武汉） 一种地震超材料
JP2020509259A (ja) * 2016-10-21 2020-03-26 インペリアル カレッジ イノベイションズ リミテッド 防震構造

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020509259A (ja) * 2016-10-21 2020-03-26 インペリアル カレッジ イノベイションズ リミテッド 防震構造
CN110080312A (zh) * 2019-03-19 2019-08-02 中国地质大学（武汉） 一种地震超材料

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周期十字空沟/填充沟地震表面波屏障的设计与性能研究;王维超;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 工程科技II辑》;20190115(第12期);第47-64页第三章 *
地震超材料的设计与性能研究;曾一;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 工程科技I辑》;20200215(第2期);第13-23页第三章 *
曾一.地震超材料的设计与性能研究.《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 工程科技I辑》.2020,(第2期),第13-23页第三章. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112878384A (zh) 2021-06-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112878384B (zh) 阻隔地震兰姆波传播的地震超材料及方法
Huang et al. Based on auxetic foam: A novel type of seismic metamaterial for Lamb waves
Miniaci et al. Large scale mechanical metamaterials as seismic shields
Achaoui et al. Clamped seismic metamaterials: ultra-low frequency stop bands
Wang et al. Mathematical modeling and analysis of a meta-plate for very low-frequency band gap
Du et al. H-fractal seismic metamaterial with broadband low-frequency bandgaps
Zhang et al. Seismic metamaterials with cross-like and square steel sections for low-frequency wide band gaps
US9076429B2 (en) Acoustic metamaterials
Chen et al. Band gap and double-negative properties of a star-structured sonic metamaterial
Chen et al. Resonance-coupling effect on broad band gap formation in locally resonant sonic metamaterials
Krushynska et al. Hybrid metamaterials combining pentamode lattices and phononic plates
Zhang et al. Tunable wave propagation in octa-chiral lattices with local resonators
Zuo et al. Numerical and experimental investigations on the vibration band-gap properties of periodic rigid frame structures
Zhang et al. Analysis of temperature-dependent wave propagation for programmable lattices
Cheng et al. Multi-frequency band gap and active frequency modulation of snowflake-like convex horn ligament structure
Li et al. Seismic metamaterials based on coupling mechanism of inertial amplification and local resonance
Xu et al. The existence of simultaneous Bragg and locally resonant band gaps in composite phononic crystal
Zhang et al. Graded Seismic Metamaterials with Structural Steel Sections for Low-Frequency Isolation of Surface Wave
Zhang et al. Low-frequency and wide bandgap seismic metamaterials for Rayleigh wave attenuation
Cheng et al. Study on the band gap and directional wave propagation mechanism of novel single-phase metamaterials
Wang et al. Controllable flexural wave bandgap in extensible metamaterial beams with embedded multiple resonators
Yang et al. Propagation mechanism of low-frequency elastic waves and vibrations in a new tetragonal hybrid metamaterial
Yang et al. Study on the bandgap and directional wave propagation mechanism of novel auxiliary semicircle rings lattices
Cheng et al. Dispersion differences and consistency of artificial periodic structures
Wang et al. A new periodic seismic metamaterial with ultra-low bandgap for lamb waves

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant