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Modelagem de estruturas periódicas com aplicações a cristais fonônicos e metamateriais acústicos

Processo: 14/19054-6
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Doutorado
Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2014
Data de Término da vigência: 31 de julho de 2018
Área de conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
Acordo de Cooperação: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Pesquisador responsável:José Roberto de França Arruda
Beneficiário:Danilo Beli
Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):15/15718-0 - Comportamento Dinâmico de Metamateriais do Tipo Viga e Placa com Interação Fluido-Estrutura, BE.EP.DR
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Propagação das ondas
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:bandas proibidas | cristal fonônico | Elementos espectrais | elementos finitos de ondas | metamaterial acústico | Propagação de ondas | Propagação de Ondas

Resumo

O projeto pretende estudar estruturas periódicas clássicas, cristais fonônicos e metamateriais acústicos por técnicas de propagação de ondas visando principalmente à criação de band gaps ("bandas proibidas") para controle de ruídos e vibrações. Os métodos de propagação de ondas apresentam vantagens para modelar estas estruturas, pois possibilitam redução no tempo de cálculo, precisão em toda faixa de frequências, modelagem de teoria e geometrias complexas, e fácil combinação com outras subestruturas. Cristais fonônicos e metamateriais acústicos são estruturas periódicas projetadas artificialmente que surgiram recentemente e possuem diversas propriedades (band gap, tunelamento, aceleração de ondas, ressonâncias locais, dentre outras) e aplicações como filtragem e redução de ruídos e vibrações, e processamento de sinais, ainda pouco exploradas. Band gaps são faixas de frequência em que não há propagação das ondas pela estrutura; podem ser criadas pela diferença de propriedades entre as inclusões e a matriz hospedeira (cristais fonônicos) ou pela inclusão de células acústicas modificadas, menores que o comprimento de onda (metamateriais acústicos). Os casos de estudo sugeridos (anéis flexíveis rotativos, modelagem não linear e/ou multiescala, barreiras de vibração e ruído) possibilitam o desenvolvimento da ferramenta de análise (SEM e WFE), dos conceitos físicos de metamateriais acústicos e cristais fonônicos, além de conceber dispositivos de grande interesse e com diversas aplicações. (AU)

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Publicações científicas (11)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
ASSIS, GEORGE F. C. A.; BELI, DANILO; DE MIRANDA JR, EDSON J. P.; CAMINO, JUAN F.; DOS SANTOS, JOSE MARIA C.; ARRUDA, JOSE ROBERTO F.. Computing the complex wave and dynamic behavior of one-dimensional phononic systems using a state-space formulation. INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES, v. 163, . (18/18774-6, 14/19054-6, 18/15894-0)
BELI, D.; MENCIK, J. -M.; SILVA, P. B.; ARRUDA, J. R. F.. A projection-based model reduction strategy for the wave and vibration analysis of rotating periodic structures. COMPUTATIONAL MECHANICS, v. 62, n. 6, p. 1511-1528, . (10/17317-9, 13/23542-3, 14/19054-6)
BELI, DANILO; FABRO, ADRIAN T.; RUZZENE, MASSIMO; ARRUDA, JOSE ROBERTO F.. Wave attenuation and trapping in 3D printed cantilever-in-mass metamaterials with spatially correlated variability. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, . (15/15718-0, 14/19054-6)
BELI, DANILO; SILVA, PRISCILLA BRANDAO; DE FRANCA ARRUDA, JOSE ROBERTO. Mechanical circulator for elastic waves by using the nonreciprocity of flexible rotating rings. MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, v. 98, p. 1077-1096, . (14/19054-6)
BELI, D.; ARRUDA, J. R. F.; RUZZENE, M.. Wave propagation in elastic metamaterial beams and plates with interconnected resonators. INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, v. 139, p. 105-120, . (15/15718-0, 14/19054-6)
FABRO, ADRIANO T.; BELI, DANILO; FERGUSON, NEIL S.; ARRUDA, JOSE ROBERTO F.; MACE, BRIAN R.. ave and vibration analysis of elastic metamaterial and phononic crystal beams with slowly varying propertie. WAVE MOTION, v. 103, . (14/19054-6)
SOUZA, MARCOS R.; BELI, DANILO; FERGUSON, NEIL S.; ARRUDA, JOSE ROBERTO DE F.; FABRO, ADRIANO T.. A Bayesian approach for wavenumber identification of metamaterial beams possessing variability. MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, v. 135, . (14/19054-6, 18/15894-0, 18/18774-6)
BELI, DANILO; SILVA, PRISCILLA BRANDAO; DE FRANCA ARRUDA, JOSE R.. Vibration Analysis of Flexible Rotating Rings Using a Spectral Element Formulation. JOURNAL OF VIBRATION AND ACOUSTICS-TRANSACTIONS OF THE ASME, v. 137, n. 4, . (10/17317-9, 14/19054-6)
BELI, D.; FABRO, A. T.; RUZZENE, M.; ARRUDA, J. R. F.; SAS, P; MOENS, D; VANDEWALLE, A. Uncertainty analysis in vibroacoustic panels with band gap. PROCEEDINGS OF ISMA2016 INTERNATIONAL CONFERENCE ON NOISE AND VIBRATION ENGINEERING AND USD2016 INTERNATIONAL CONFERENCE ON UNCERTAINTY IN STRUCTURAL DYNAMICS, v. N/A, p. 13-pg., . (15/15718-0, 14/19054-6)
FABRO, A. T.; BELI, D.; ARRUDA, J. R. F.; FERGUSON, N. S.; MACE, B. R.; SAS, P; MOENS, D; VANDEWALLE, A. Uncertainty analysis of band gaps for beams with periodically distributed resonators produced by additive manufacturing. PROCEEDINGS OF ISMA2016 INTERNATIONAL CONFERENCE ON NOISE AND VIBRATION ENGINEERING AND USD2016 INTERNATIONAL CONFERENCE ON UNCERTAINTY IN STRUCTURAL DYNAMICS, v. N/A, p. 12-pg., . (15/15718-0, 14/19054-6)
ASSIS, G. F. C. A.; MIRANDA, E. J. P., JR.; BELI, D.; CAMINO, J. F.; DOS SANTOS, J. M. C.; ARRUDA, J. R. F.; DESMET, W; PLUYMERS, B; MOENS, D; ROTTIERS, W. Computing the dispersion diagramand the forced response of periodic elastic structures using a state-space formulation. PROCEEDINGS OF INTERNATIONAL CONFERENCE ON NOISE AND VIBRATION ENGINEERING (ISMA2018) / INTERNATIONAL CONFERENCE ON UNCERTAINTY IN STRUCTURAL DYNAMICS (USD2018), v. N/A, p. 12-pg., . (14/19054-6)
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
BELI, Danilo. Vibration attenuation and elastic wave manipulation in periodic structures using band gaps and nonreciprocity. 2018. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica Campinas, SP.