非均质点阵结构力学性能表征及其波动特性研究

With the combination of numerical simulation and experiments, the investigation of mechanical properties characterization and macroscopic distribution function structure of the heterogeneous lattice structure are performed. Interlayer transmission and reflection of the wave, dispersion effects while the wave propagates are analyzed in the layered lattice structure. The energy absorption mechanism of the layered gradient lattice structure is investigated, and the effect of the gradient of the equivalent parameters on the feature of energy absorption are studied. The optimized layered lattice structure with density gradient is designed. The investigation of the wave characteristics and vibration isolation mechanisms in the plate and the box girder with periodic composite structures are performed. Properties of the stop band, vibration localization and vibration directional transmission are analyzed. The theoretical basis is provided on which vibration control and vibration isolation of the bridge structure can be realized by use of the wave characteristics of the plate with periodic composite structures.

采用数值模拟与试验相结合的方法，开展非均质点阵结构的力学性能表征与宏观参数分布函数构造研究。对分层点阵结构中波的层间透射与反射特性、以及波在传播过程中的色散效应进行分析。研究分层梯度点阵结构的吸能机理，明确等效参数梯度指标对其能量吸收特性的影响机制，对具有密度梯度的分层点阵结构进行优化设计。开展周期复合结构板与箱梁的波动特性与隔振机理的研究，揭示结构的禁带特性、振动局域化特性以及振动定向传播特性，为基于周期复合结构的波动特性实现桥梁结构及其构件的振动控制与隔振设计提供理论基础。

点阵构型具有超轻、高孔隙率、高比强、高比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械性能。在结构的抗冲击与减振降噪等设计实践中发现，动力荷载作用下的均匀点阵结构，随着结构对冲击荷载产生反应的同时，在其遭受冲击区域总是同时产生一个较大初应力峰值，容易导致结构的破坏，对结构的能量吸收产生不利影响。为了有效降低初始应力峰值、提高吸能效率，人们设计得到一类非均质点阵结构-功能梯度点阵结构。功能梯度点阵结构兼有梯度材料和点阵结构的双重优势，在土木工程领域有着巨大的应用价值，但对其力学性能表征方面的研究较少。本文对非均质功能梯度点阵结构力学表征与吸能特性进行系统性研究，推导了渐进均匀化有限元分析方法，提出并设计了二维非均质分级功能梯度点阵结构、二维非均质蜂窝功能梯度点阵结构和三维非均质功能梯度点阵结构，建立了非均质点阵结构多目标优化设计模型，大幅提升了薄壁能量吸收器的碰撞吸能特性。设计了一种功能梯度点阵结构桥墩防护装置，将非均质点阵结构应用于桥梁结构防护，有效地降低最大撞击力，延长了撞击时间，发挥了显著的保护作用。设计了一种周期复合结构板，其在低频段具有多重带隙，开展了缩尺试验证明了其优秀的隔振性能。为推动桥梁结构及其构件的振动控制与隔振设计起到重要的指导和促进作用。