Метаматериалы, применяемые для подавления вибраций и демпфирования, разрабатываются на основе управляемой микроструктуры, обеспечивающей селективное взаимодействие с механическими колебаниями. Их ключевая особенность заключается в создании искусственных зон запрещённых частот (band gaps), где распространение упругих волн становится невозможным. Такие зоны образуются благодаря резонансным элементам и особым геометрическим конфигурациям, формирующим локализованные состояния вибрации.
В отличие от традиционных демпфирующих материалов, которые работают за счёт вязкоупругих потерь, метаматериалы могут направленно подавлять колебания в заданных диапазонах частот, сохраняя при этом низкий вес и высокую механическую прочность.
Брейговские запрещённые зоны Создаются за счёт периодичности решётки. Когда длина волны механических колебаний соизмерима с шагом структуры, происходит многократное рассеяние, вызывающее интерференционное гашение.
Локальные резонансы В структуру внедряются микрорезонаторы (например, маятниковые подвесы, массы на упругих вставках или полости), которые поглощают энергию колебаний вблизи собственной частоты. В результате формируются широкие полосы эффективного виброзащитного действия.
Ауксетические ячейки Использование материалов с отрицательным коэффициентом Пуассона позволяет перераспределять механическую энергию при деформации, повышая эффективность поглощения ударных и вибрационных нагрузок.
Функционально-градиентные структуры Постепенное изменение параметров метаматериала (жёсткости, плотности или размера резонаторов) обеспечивает адаптивное подавление широкого диапазона частот и предотвращает резонансные пики.
Периодические сотовые и решетчатые структуры Наиболее распространены из-за простоты изготовления и возможности масштабирования. Они эффективно рассеивают энергию вибраций в заданных диапазонах.
Гибридные композиты Сочетание полимеров с металлическими вставками позволяет достигать оптимального баланса между прочностью, весом и демпфирующими свойствами.
Многослойные метаматериалы Включение слоёв с разными механическими параметрами создаёт систему последовательных барьеров для упругих волн.
Морфинг-структуры Метаматериалы с программируемой геометрией, изменяющейся под действием внешних стимулов (тепло, электрическое поле, магнитное поле), обеспечивают активное управление характеристиками виброзащиты.
Метаматериалы позволяют снижать амплитуды вибраций на 30–90 % в выбранных диапазонах частот, что недостижимо для классических пассивных систем.
Сейсмозащитные платформы В строительстве применяются крупномасштабные метаматериалы, встроенные в фундамент, формирующие зоны, где сейсмические волны отражаются или рассеиваются.
Виброизоляция транспортных систем Железнодорожные полотна и подвески автомобилей снабжаются метаматериальными вставками, снижающими передачу вибраций на кузов или рельсовое основание.
Прецизионное оборудование В оптических лабораториях и микроэлектронном производстве используют метаматериальные опоры, защищающие чувствительные устройства от механических шумов.
Авиационно-космическая техника В конструкции фюзеляжей и корпусов ракет внедряются лёгкие решетчатые метаматериалы для подавления вибрационных резонансов и повышения комфорта экипажа.