振动与噪声控制，仿佛是大自然和科技之间的一场较量。想象一下，当你在舒适的家中工作或休息时，突然听到嘈杂的噪音，它们像是来自另一个世界的入侵者，扰乱了你的平静，这就凸显出振动与噪声控制技术的重要性。在减隔振领域中，超材料发挥着不可思议的作用。它们能够像隔音盾牌一样，将噪声挡在门外，让你的空间清净宁静，如图 1(a) 所示。也可以像隐形斗篷一样，隐藏振动的存在，如图 1(b)所示。更令人惊叹的是，通过精确设计超材料的结构，我们可以改变振动和噪声的传播速度和方向，将振动和噪声引导到需要的位置，或者在不同频率上进行控制，实现精准的噪声消除和振动调节，如图 1(c) 所示。

上述减隔振结构属于被动式力学超材料。以建筑领域为例，被动式减隔振力学超材料就像是密实坚固的隔音墙，可以在不需外力干预的情况下，有效地吸收和减少噪音的传播。而主动式减隔振结构类似于配备智能调节系统的隔音窗户，能够根据外界环境的变化自动调整开合程度，从而实现更灵活、更精准的噪音控制。在实际应用中，我们往往将这两种技术结合起来，充分发挥它们各自的优势，实现更为高效的减隔振效果，比如图 2 中汽车的悬挂系统和降噪耳机。

图 2 减隔振结构的应用：（a）汽车悬挂系统 (b) 降噪耳机

目前业界主流的主动式减隔振手段大部分是基于智能材料设计的，通过外加电磁场、温度场来调节结构的刚度和阻尼，进而实现对结构减隔振性能的调控。相比于该方式，力学超材料中的多稳态结构提供了一种更为简单且实用的主动调控方式，即通过对结构稳态构型转变的控制来达到调控结构减隔振性能的目的，如经典的多稳态结构有梁结构以及板壳结构等，如图 3 所示。

多稳态结构特别是梁结构，对于其多稳态产生的内在机制、多稳态构型的多维化、潜在的应用领域等方面，科研人员已经进行了充分的研究和分析。然而，仍有部分问题未能得到完善解决。首先是平面的多稳态结构在变形过程中常常出现面内弯曲或者变形不对称的情况。针对这一问题，我们设计了六角型的多稳态结构，使结构可以顺利完成构型转换，如图 4 (a) 所示。其次是多稳态结构形状单一的问题。现阶段大部分的研究仍是基于经典的弯曲梁构型进行的结构优化设计，针对这一问题，我们开展了新型多稳态结构的探索性研究，如图 4(b) 所示。针对多稳态结构在减隔振领域中的可调控研究不充分问题，我们设计了镍钛合金基材的弹性波超材料，如图 4(c) 所示。另外，多稳态结构的多功能性和集成性在各个领域也有一定的需求，人们往往希望在制备出多稳态结构的同时可以具备其他功能。针对此问题，我们结合内凹形负泊松比结构，设计制造了同时具备可调泊松比特性和隔振特性的多稳态力学超材料，如图 4(d) 所示。

多稳态结构目前取得的研究成果大部分局限于线弹性范围，而真实的世界是非线性的，这就意味着需要建立更为复杂的数学模型，需要具备对振动理论更为深入且透彻的理解，同时也增大了数值计算的难度。但是非线性超材料也会产生特殊的现象，比如谐波、孤立波、波耦合、非互易二极管、模态耦合、混沌等，相比于线弹性减隔振超材料，其可以提供更宽的调控范围，因此成为超材料领域的科技前沿和研究热点。

非线性问题可以大致分为材料非线性、接触非线性和结构非线性三大类，其中结构非线性常常伴随着大变形的产生，其非线性效应更容易被观察到，同时能够满足工程领域对结构强度和稳定性的要求。而目前在非线性领域中，针对结构非线性多稳态超材料的减隔振特性研究不多。尤其是多稳态超材料中弹性波的自适应性和可调性尚未被充分研究，同时多稳态结构中的波动唯象模型理论未能建立。因此，探究稳态构型下的减隔振行为是非线性弹性波超材料研究方向的前沿焦点。

针对结构非线性的弹性波力学超材料，国内外研究尚处于起步阶段，因此抢占该领域的科技制高点对于实现高水平科技自立自强十分重要。随着研究的深入和资源的投入，该领域将会涌现出大量的突破性成果，达到创新驱动发展的目的。

以上研究获得国家自然科学基金基础面上项目“多稳态超材料中的非线性波动行为与调控机理”( 基金号 12372144) 的资助。