Parametryczne rezonansowe struktury metamateriałowe w redukcji drgań i hałasu

Abstract

W pracy przeanalizowano możliwości projektowania i seryjnej produkcji struktur lokalnie rezonansowych, które zwiększają izolacyjność akustyczną przegród. Opracowano hybrydowe metody symulacji, łączące obliczenia numeryczne i analityczne, aby zmniejszyć nakład obliczeniowy. Zaproponowano procedurę modyfikacji zakresu działania metamateriału poprzez zmianę liczby elementów blokujących ruch rezonatora. Struktura została wykonana przy użyciu druku 3D i formowania wtryskowego, a pomiary potwierdziły skuteczność modeli i struktury. Zademonstrowano także możliwość konstrukcji struktur wielorezonansowych oraz minimalizacji spadku izolacyjności akustycznej. Uwzględniono czynniki konstrukcyjne, takie jak grupowanie elementów i sposób mocowania. Przedstawiono również metody optymalizacji struktur w celu zwiększenia izolacyjności akustycznej. Opracowano geometrię metamateriału dostosowaną do poprawy izolacyjności w dwóch pasmach tercjowych oraz zastosowano optymalizację topologiczną, redukując liczbę elementów rezonansowych przy zachowaniu pożądanych parametrów wibroakustycznych. Wykazano, że nieperiodyczne rozmieszczenie elementów może poprawić parametry wibroakustyczne przegrody przy jednoczesnej redukcji liczby elementów. In this thesis, the possibilities of designing and mass- producing locally resonant structures that enhance the acoustic insulation of partitions were analyzed. Hybrid simulation methods were developed, combining numerical and analytical calculations to reduce computational effort. A procedure was proposed for modifying the operating range of the metamaterial by adjusting the number of elements blocking the resonator’s motion. The structure was fabricated using 3D printing and injection molding, and measurements confirmed the effectiveness of both the models and the structure. The potential for constructing multi-resonant structures and minimizing the reduction in acoustic insulation was also demonstrated. Design factors such as the grouping of elements and mounting methods were considered. Additionally, optimization methods for resonant structures aimed at improving acoustic insulation were presented. The metamaterial's geometry was optimized to enhance insulation in two specific frequency bands, and topological optimization was applied to reduce the number of resonant elements while maintaining the desired vibroacoustic parameters. It was shown that non¬periodic placement of the elements can improve vibroacoustic performance while simultaneously reducing the number of elements.