近期，位于中山大學(xué)深圳校區(qū)的先進(jìn)制造學(xué)院2022級(jí)本科生潘國鵬、林楚敏、關(guān)梓楓和劉海靈在準(zhǔn)零剛度隔振超材料領(lǐng)域做出創(chuàng)新工作，研究成果以“High Load-Bearing Quasi-Zero Stiffness metamaterials for Vibration Isolation”為題發(fā)表在中國科學(xué)院1區(qū)TOP期刊《International Journal of Mechanical Sciences》上，潘國鵬為論文第一作者，先進(jìn)制造學(xué)院黃含教授和焦小磊副教授為共同作者。該工作基于國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“準(zhǔn)零剛度一體化超低頻隔振超材料”，由焦小磊副教授擔(dān)任指導(dǎo)教師，最終獲得良好結(jié)題。反映了先進(jìn)制造學(xué)院在本科生培養(yǎng)方面所取得的突出成效。

本科生團(tuán)隊(duì)

先進(jìn)制造學(xué)院創(chuàng)辦于2021年，是國家先進(jìn)制造體系建設(shè)的重要部分。學(xué)院以“面向國家重大戰(zhàn)略需求、面向國家和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、面向?qū)W術(shù)前沿、面向人民生命健康”為基本導(dǎo)向，立足“新工科人才培養(yǎng)”，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，涵蓋機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、機(jī)械電子工程、超精密制造、增材制造、機(jī)器人輔助制造技術(shù)、制造數(shù)字化和綠色制造等領(lǐng)域，以“超精密制造”“增材制造”“智能制造”和“未來制造”為重點(diǎn)發(fā)展方向。

在工程應(yīng)用中，傳統(tǒng)隔振器通過降低剛度來提升低頻隔振效果，但這會(huì)導(dǎo)致負(fù)載能力下降，無法滿足重型機(jī)械、精密儀器的穩(wěn)定運(yùn)行需求。非線性準(zhǔn)零剛度隔振器雖能實(shí)現(xiàn) “高靜態(tài)剛度、低動(dòng)態(tài)剛度”，卻因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、負(fù)載能力不足等問題限制了實(shí)際應(yīng)用。

潘國鵬等學(xué)子創(chuàng)新性地將準(zhǔn)零剛度機(jī)制與旋成體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，基于非均勻有理 B 樣條（NURBS）理論設(shè)計(jì)出軸對稱超材料單元，通過旋轉(zhuǎn)與鏡像對稱構(gòu)造三維結(jié)構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性，提出了旋成體式準(zhǔn)零剛度隔振元胞的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。利用光固化3D 打印技術(shù)制備了元胞，系統(tǒng)研究了材料屬性、壁厚對隔振性能的影響，測試了準(zhǔn)零剛度元胞和平臺(tái)的性能。

旋轉(zhuǎn)準(zhǔn)零剛度超材料的研究與設(shè)計(jì)過程

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該隔振單元在 5-300 Hz 頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了 92.2% 的隔振頻段覆蓋，其中 35-295 Hz 區(qū)間的振動(dòng)衰減超過 - 20 dB，低頻隔振性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方案。值得關(guān)注的是，單元的負(fù)載自重比高達(dá) 72.27，即在承載 18.79 kg 負(fù)載時(shí)自身僅重 0.26kg，展現(xiàn)出卓越的高承載能力。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過多單元并聯(lián)平臺(tái)測試，驗(yàn)證了其在實(shí)際工況下的有效性，平臺(tái)平均振動(dòng)衰減率達(dá) - 24.54 dB，為構(gòu)建高承載比振動(dòng)隔離系統(tǒng)提供了可行性方案。

單個(gè)元胞的隔振性能曲線

并聯(lián)元胞的隔振性能曲線

（作者：記者 李麗）