Características de transmisión de las vibraciones de los metamateriales acústicos no lineales basados en la masa...

Área de la Ciencia:

• Acústica y Ciencias de los Materiales
• Dinámica no lineal y metamateriales

Sus antecedentes:

• Creciente demanda de baja frecuencia, vibración de banda ancha y supresión de ruido en equipos mecánicos.
• Los metamateriales acústicos, particularmente las estructuras de resonancia local de masa negativa, ofrecen una supresión efectiva de las vibraciones a través de bandas de onda elásticas únicas.
• Los efectos no lineales en estas estructuras proporcionan sintonizabilidad para el diseño de la brecha de banda.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y analizar un modelo mecánico biestable de metamateriales acústicos no lineales para la atenuación de vibraciones de ultrabaja frecuencia y ultrabanda ancha.
• Investigar los efectos de los parámetros del sistema en las características de la brecha de banda.
• Para explorar los fenómenos de masa positiva efectiva, masa negativa y estados de masa cero dentro de la brecha de banda.

Principales métodos:

• El uso de osciladores Duffing con características de rigidez negativa como elementos estructurales.
• Establecimiento de un modelo mecánico de metamateriales acústicos no lineales.
• Derivar soluciones de perturbación para las curvas de dispersión utilizando el método de perturbación.
• Análisis de la formación de bandas con métodos de cálculo numéricos.

Principales resultados:

• El metamaterial acústico no lineal bistable con osciladores de Duffing de rigidez negativa exhibe una brecha de banda que se desplaza a frecuencias más altas y se ensancha por un factor de 2 en comparación con los sistemas de rigidez positiva.
• La amplitud de excitación externa influye en el ancho de banda al alterar las frecuencias de inicio y corte.
• Los estados de masa positiva, masa negativa y masa cero se identifican dentro de la brecha de banda y la banda de paso, validando las derivaciones teóricas.

Conclusiones:

• El metamaterial acústico no lineal desarrollado mitiga eficazmente las vibraciones de ultrabaja frecuencia y de banda ultra ancha.
• El estudio proporciona una base teórica y directrices prácticas de diseño para metamateriales acústicos no lineales.
• Los resultados son cruciales para el avance de las tecnologías de control de vibración y ruido en los sistemas mecánicos de próxima generación.