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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2019.tde-25112019-095521
Document
Author
Full name
Gabriel Konda Rodrigues
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Oliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues de (President)
Beli, Danilo
Gonçalves, Paulo José Paupitz
Title in Portuguese
Avaliação do desempenho de discos piezelétricos aplicados a metamateriais para controle de vibração
Keywords in Portuguese
smart material
controle de vibrações
metamateriais
piezeletricidade
Abstract in Portuguese
Metamateriais estruturais e acústicos surgiram, recentemente,como uma forma de explorar fenômenos previamente estudados em propagações de ondas eletromagnéticas,como cristais fotônicos, em sistemas sujeitos a ondas mecânicas. Dentre estes fenômenos, destacam-se a espalhamento de Bragg encontrados em estruturas periódicas e ressonâncias locais que promovem atenuação de energia no sistema em determinadas bandas de frequência (band gap). Esse novo paradigma em materiais, como descrito e demonstrado na literatura, oferece soluções competitivas do ponto de vista de desempenho e carregamento de massa, oferecendo uma alternativa interessante para o controle de ruído e vibrações com potencial de aplicações em diversas áreas da engenharia. Sendo assim, este projeto de mestrado visa o estudo numérico e experimental de estruturas instaladas com elementos periódicos, aptas para a atenuação de ruído e vibração. Ainda, explora-se o uso de materiais piezelétricos na constituição das células unitárias que compõe a estrutura periódica, com objetivos de aumentar a banda de rejeição pela atuação dos picos laterais que comumente ocorrem nas frequências adjacentes ao band gap, através da utilização de circuitos shunt baseados em indutâncias sintéticas. Para tanto, foram realizadas atividades de projeto, simulação e validação de uma célula unitária, visando ajustar suas propriedades dinâmicas e, posteriormente, instalando um padrão periódico destas células numa estrutura hospedeira, obtendo uma banda de rejeição com atenuação significativa nos picos laterais.
Title in English
Performance evaluation for piezo disks application with metamaterials for vibration control
Keywords in English
metamaterials
piezoelectricity
smart material
vibrations control
Abstract in English
Acoustic and sctructural metamaterials have recently emerged as a means for exploring phenomena previously related to electromagnetic wave propagation, such fotonic crystals, in systems subject to mechanical waves, structural and/or acoustic. Among these phenomena, are the Bragg scattering found in periodic structures and local resonances, which promote energy attenuation on the system in certain frequency bands, the so called band gaps. This new paradigm in materials, as described and demonstrated in the literature, offers competitive solutions from the point of view of performance and mass loading, offering an interesting alternative for the control of noise and vibrations with potential of applications in diverse engineering areas. Therefore, this thesis aims at the numerical and experimental study of structures installed with periodic elements, suitable for the attenuation of vibrations. Furthermore, piezoelectric materials were explored in the constitution of the unit cells, that make up the periodic structure, seeking for performace improvement by targerting the side peaks originated by the creation of the band gap, via shunt circuitry based on synthetic inductances. In order to do so, this thesis presents design, simulation and validation of unit cells, aiming to adjust its dynamic properties and, then, installing periodic patterns of these cells in a host structure, achieving the band gap with a resonable attenuation of the side peaks.
 
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Publishing Date
2019-12-04
 
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