近日，莫帅教授团队在连续可变刚度行星轮系振动控制力学超材料/超结构领域取得研究进展，研究成果“Metamaterial design and continuously adjustable mechanical properties based on novel planetary gear trains”发表在结构工程领域国际权威学术期刊《Structures》（英国结构工程师学会（The Institution of Structural Engineers）会刊）。成果中创新提出的2类行星齿轮力学超材料新构型及对应振动调控超结构经《Structures》期刊评审专家和主编审议,被成功命名为“金沙检测线路js69齿轮力学超材料”（GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ）。该成果以金沙检测线路js69省部共建特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室为第一单位及通讯单位，莫帅教授为第一作者兼通讯作者，国家级人才张伟教授为共同通讯作者。

图1 研究成果在线发表界面

超材料/超结构是指一类具有特殊性质的人造材料/结构，其具备天然材料/结构所不具备的特殊性质，超材料/超结构成分上没有特别之处，它们的奇特性质源于其精密的几何结构以及尺寸。当前多数力学超材料/超结构通过设计不同类型的物理结构以实现预期力学特性，仅能工作在且既定力学特性之下而难以依据实际需求进行动态调控；部分力学超材料性能可调但仅能梯度非连续调控；部分通过物理化学场致作用形成的间接可变力学特性存在滞后性及精准调控性能差，难以满足特殊环境高精度要求。

莫帅教授团队面向高端装备、航空航天、智能制造、智能建造等领域对结构安全化、智能化发展重大需求，充分利用齿轮传动高精高效、传递扭矩大、传动稳定可靠以及行星齿轮类型多样、传动模式多变等优点，创造性提出2类行星齿轮力学超材料新构型及对应振动调控超结构，可实现结构力学性能连续稳定可调。

图2金沙检测线路js69“齿轮力学超材料”（GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ）

图3金沙检测线路js69“齿轮力学超材料”（GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ）

图4金沙检测线路js69“齿轮力学超材料”（GXU-gear-M-C-I、GXU-gear-M-C-Ⅱ）

该研究提出行星齿轮力学超材料/超结构新构型，构建基于弯曲梁的行星齿轮力学超材料连续性能可调理论，探究行星齿轮力学超材料连续刚度可调理论及模态特征；开展双层行星轮系和拉式行星轮系单胞及2×2胞力学超材料的压缩、剪切以及谐响应计算，分析压缩弹性模量、剪切模量和幅频响应与控制变量的变化关系。结果表明：双层行星轮系和拉式行星轮系力学超材料的压缩弹性模量和剪切模量分别具有大幅连续可调范围，其幅频响应亦可通过控制变量进行调控。

该研究提出行星齿轮力学超材料/超结构设计方法，构建行星齿轮力学超材料/超结构力学性能连续可调基础理论，拓展行星轮系结构应用范围，同时为连续可调力学超材料设计制备、极端服役环境结构振动控制提供新思路和新方法。

该研究工作在金沙检测线路js69“土木工程”学科交叉科研项目资助下开展，是学校推进世界一流学科建设中“土木工程+”的一项重要科研成果，凸显了学科交叉对强化校内多学科融合发展、发挥优势学科的引领作用起到重要的抓手作用。研究工作同时得到国家自然科学基金（No.52265004）、广西科技重大专项（No.2023AA19005）等项目资助。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352012423015540?