En àrees com l’aeronàutica, els vehicles submarins i el transport civil, entre d’altres, reduir les vibracions estructurals i el nivell de pressió acústica és una tasca difícil. En els darrers anys s’ha proposat el concepte dels forats negres acústics en mecànica (coneguts per les sigles ABH de l’anglès Acoustic Black Hole) a tal efecte. Els ABHs han atret l’atenció de la comunitat de recerca en vibroacústica i solen estar formats per osques en bigues i plaques, el gruix de les quals decau segons una llei potencial. L’efecte de l’ABH és el d’alentir les velocitats de fase i de grup de les ones de flexió incidents de tal manera que, en teoria, faria falta un temps infinit perquè les ones arribessin al centre de l’ABH, si el gruix d’aquest últim fos exactament zero. Tanmateix, a la pràctica això no és possible tot i que es pot aconseguir una forta dissipació col locant una capa de material esmorteïdor al centre de l’ABH, on es concentra la major part de l’energia de les ones. En els darrers anys, els ABHs no només s’han explotat com a mètode passiu per reduir vibracions estructurals i l’emissió corresponent de soroll, sinó que també s’ha explorat el seu potencial per altres aplicacions com la manipulació d’ones o la captació d’energia.
Aquesta tesi té tres objectius principals. Així, doncs, després d’una introducció general als ABHs, el treball s’ha dividit en tres grans seccions. La primera aborda aplicacions dels ABHs en bigues rectes i plaques planes. Per començar, es proposa i s’analitza un voladís piezoelèctric amb un acabament d’ABH per capturar energia que evita el problema de la disminució de la longitud d’ona a l’extrem del ABH. A contin- uació es presenten ABHs en forma d’anell per tal d’aïllar punts d’excitació externs en plaques planes i així evitar la transmissió de vibracions. Finalment, es contemplen con- figuracions periòdiques de matrius d’ABHs per tal de col limar feixos d’ones de flexió i concentrar la seva energia en zones predeterminades d’una placa. La segona part de la tesi proposa nous dissenys d’ABHs per a estructures amb curvatura. Aquestes són molt habituals en els sectors naval, aeronàutic i industrial, de manera que val la pena investigar si els ABH poden resultar alguns casos. La secció comença analitzant la in- clusió d’ABHs en bigues circulars i es veu com això dona peu a l’aparició de fenòmens típics en sistemes periòdics. Acte seguit es proposa un ABH anular per reduir les vibra- cions en conductes cilíndrics. En concret, es tracten els casos d’un conducte simplement suportat amb un ABH anular, i el d’un conducte amb ABH, suports periòdics i rigidifi- cadors. Es presta especial atenció a alguns resultats inesperats. Per finalitzar la secció, s’investiguen els efectes dels ABH anulars en la radiació acústica del conducte tenint en compte el nivell de potència acústica, l’eficiència de radiació i la intensitat supersònica, i s’observa una millora notable respecte els conductes cilíndrics de gruix uniforme. La tercera part de la tesi és més curta que les anteriors i simula l’aïllament d’una placa amb múltiples ABHs, en el rang de mitja i alta freqüència. A tal efecte s’empra el mè- tode de l’anàlisi estadística de distribució modal d’energia (SmEdA: statistical modal energy distribution analysis). En aquesta secció, l’estructura amb ABHs ja no s’analitza com un element individual sinó que s’acobla a dues cavitats d’aire, formant part d’un sistema mecànic més complex. Al llarg de la tesi s’utilitza repetidament el mètode d’expansió gaussiana (GEM: Gaussian expansion method). Pel GEM entenem prendre funcions gaussianes com a base per resoldre equacions diferencials en derivades parcials en el marc del mètode de Rayleigh-Ritz. El GEM s’assembla molt als enfocaments d’ondetes, però ofereix alguns avantatges en el cas de condicions de contorn periòdiques. Al principi de la tesi s’exposa un breu repàs del GEM i, quan és necessari, s’aborda la seva reformulació per a un problema particular en el capítol corresponent.
Afegeix un nou comentari