Texto completo
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| Autor(es): |
Danilo Beli
Número total de Autores: 1
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| Tipo de documento: | Tese de Doutorado |
| Imprenta: | Campinas, SP. |
| Instituição: | Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica |
| Data de defesa: | 2018-07-30 |
| Membros da banca: |
José Roberto de França Arruda;
Renato Pavanello;
Gustavo Silva Wiederhecker;
Carlos De Marqui Junior;
Domingos Alves Rade
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| Orientador: | José Roberto de França Arruda |
| Resumo | |
A propagação de ondas mecânicas em cristais fonônicos e metamateriais tem sido extensivamente investigada para atenuação de ruídos e vibrações, e para manipulação de ondas (e.g., focalização de energia, guia de ondas, colheta de energia e invisibilidade). Apoiado e inspirado por estas extraordinárias potencialidades, esta tese investiga a propagação de ondas e o comportamento dinâmico de estruturas periódicas rotativas, metamateriais com ressonadores interconectados, e metaestruturas com variabilidade espacialmente correlacionada. Primeiro, os métodos dos elementos espectrais (SE) e dos elementos finitos de onda (WFE) são aplicados em estruturas rotativas periódicas, onde o efeito giroscópico quebra a simetria do tempo reverso, e, consequentemente, a simetria da propagação de ondas. A aceleração de Coriolis produz um diagrama de bandas assimétrico e causa que os modos naturais de vibração bifurquem. Estas características foram usadas para propor um circulador mecânico para ondas elásticas. Do ponto de vista numérico, a estratégia de WFE é proposta, onde o problema de autovalor da estrutura rotativa é projetado em uma base de ondas simplética, bem condicionada e reduzida. Esta formulação também pode ser usada em análise paramétrica, como no cálculo do diagrama de Campbell, bem como em análise de incertezas de estruturas periódicas com um baixo custo computacional. Um metamaterial com ressonadores interconectados é então proposto. Nesta configuração, os movimentos de translação e rotação na cadeia de ressonadores estão acoplados, o que abre uma larga banda proibida em baixas frequências sem aumentar a massa dos ressonadores. Este mecanismo é validado com medidas experimentais feitas em amostras construídas em manufatura aditiva. Para o caso bidimensional, que é uma placa com ressonadores interconectados, a vibração de flexão pode ser focalizada em direções específicas usando bandas proibidas parciais. Finalmente, são analisados os efeitos físicos da variabilidade espacial das propriedades elásticas na resposta dinâmica de vigas de cristais fonônicos e metamateriais. É observado uma alta correlação entre a distribuição espacial das propriedades do material com a performance das bandas proibidas tanto no modelo númerico quanto nos experimentos. Além do mais, a disordem produz alargamento ou aniquilição da largura da banda de atenuação, e o fenômeno de aprisionamento de ondas. Os resultados e as análises apresentadas nesta tese podem ser extendidos para outros sistemas periódicos e podem ser usados: I) do ponto de vista físico para atenuação de vibrações (e.g., dinâmica de rotores e estruturas leves) e para manipulação de ondas (e.g., guias de onda não recíprocos, focalização de energia e aprisionamento de ondas); II) do ponto de visa numérico, para reduzir tempo computacional em análises paramétricas e de incertezas de estruturas periódicas; e III) do ponto de vista experimental, para investigar estruturas periódicas construídas em impressoras 3D (AU) | |
| Processo FAPESP: | 14/19054-6 - Modelagem de estruturas periódicas com aplicações a cristais fonônicos e metamateriais acústicos |
| Beneficiário: | Danilo Beli |
| Modalidade de apoio: | Bolsas no Brasil - Doutorado |