انواع فرامواد و کاربرد آن در کاهش نویز و ارتعاشات ناخواسته

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان

1 استادیار، آزمایشگاه تحقیقاتی سیستم‌های دینامیکی خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، آزمایشگاه تحقیقاتی سیستم‌های دینامیکی خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

3 دانشجوی دکتری، آزمایشگاه تحقیقاتی سیستم‌های دینامیکی خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران

چکیده

امروزه به ‌منظور کاهش نویز و ارتعاشات از فرامواد به‌ عنوان مانع، میرا کننده و یا جاذب ارتعاش و صوت در حوزه‌ های مختلفی چون هوافضا، خودرو و کنترل آلاینده‌ های صوتی استفاده می شود. این مواد، موادی مصنوعی ساخته شده از سلول‌ های واحد با ابعادی کوچکتر از طول موج امواج صوتی مورد نظر هستند که در ابعاد بزرگتر به صورت متناوب تکرار شده اند و می ‌توانند دامنه‌ ی امواج صوتی را در بازه فرکانسی مورد نظر به ‌صورت مؤثر کاهش دهند. در این مقاله مروری، به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه فرامواد مختلف به‌ خصوص فرامواد آکوستیکی و الاستیکی پرداخته شده و کاربردها و نتایج آن ‌ها در کاهش نویز و ارتعاشات ناخواسته محیط مورد مطالعه قرار گرفته است. در اکثر تحقیقات محاسبات عددی با استفاده از قضیه بلاک-فلوکوت برای محاسبه فاز بلاک سلول واحد فرامواد صوتی انجام شده که در این قضیه گپ انرژی پیش ‌بینی شده از فاز بلاک محاسبه شده از فرکانس صفر شروع می‌شود و تا فرکانسی که دارای مقدار انتقال کمتر از یک می‌باشد ادامه پیدا می‌کند. نتایج این تحقیقات نشان می­دهد با استفاده از فرامواد می­توان ارتعاشات و نویز فرکانس-پایین یک سیستم را در حد مطلوبی کاهش داد. همچنین افزایش دمپینگ جاذب‌ها بطور مستقیم باعث افزایش عرض باند توقف و کاهش دامنه ‌ی ارتعاش در فرکانس پائین به وسیله افزایش فاصله باندی انرژی می‌شود. افزایش درجات آزادی رزوناتورهای محلی نیز از روش ­های دیگر افزایش گپ انرژی است. 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Sachan, M., and Majetich, S., “DARPA Meta-Materials Program Report”, May, (2005).
[2] Liu, S., “DARPA Meta-Materials Program Report”, May, (2005).
[3] Pendry, J. B., “Negative refraction makes a perfect lens”, Phys. Rev. Lett., Vol. 85, No. 18, pp. 3966, (2000).
[4] Pendry, J. B., “Negative refraction”, Contemp. Phys., Vol. 45, No. 3, pp. 191–202, (2004).
[5] Tanaka, T., Ishikawa, A., and Kawata, S., “Unattenuated light transmission through the interface between two materials with different indices of refraction using magnetic metamaterials”, Phys. Rev. B, Vol. 73, No. 12, pp. 125423, (2006).
[6] Tanaka, T., “Plasmonic metamaterials produced by two-photon-induced photoreduction technique”, J. Laser Micro/Nanoengineering, Vol. 3, No. 3, pp. 152–156, (2008).
[7] Li, J., and Chan, C. T., “Double-negative acoustic metamaterial”, Phys. Rev. E, Vol. 70, No. 5, pp. 55602, (2004).
[8] Fang, X., Chuang, K.C., Jin, X. and Huang, Z., 2018. "Band-gap properties of elastic metamaterials with inerter-based dynamic vibration absorbers", J. Applied Mechanics, Vol. 85, No. 7, p.071010.
[9] Sun, H., Du, X., and Pai, P. F., “Theory of metamaterial beams for broadband vibration absorption”, J. Intell. Mater. Syst. Struct., Vol. 21, No. 11, pp. 1085–1101, (2010).
[10] Zhu, R., Liu, X. N., Hu, G. K., Sun, C. T., and Huang, G. L., “A chiral elastic metamaterial beam for broadband vibration suppression”, J. Sound Vib., Vol. 333, No. 10, pp. 2759–2773, (2014).
[11] E. D. Nobrega, F. Gautier, A. Pelat, and J. M. C. Dos Santos, “Vibration band gaps for elastic metamaterial rods using wave finite element method,” Mech. Syst. Signal Process., vol. 79, pp. 192–202, (2016).
[12] Li, S., Dou, Y., Chen, T., Wan, Z., Huang, J., Li, B. and Zhang, F.,, “Evidence for complete low-frequency vibration band gaps in a thick elastic steel metamaterial plate”, Mod. Phys. Lett. B, Vol. 33, No. 4, (2019).
[13] He J.-H., and Huang, H.-H., “Complete vibrational bandgap in thin elastic metamaterial plates with periodically slot-embedded local resonators”, Arch. Appl. Mech., Vol. 88, No. 8, pp. 1263–1274, (2018).
[14] Peng H., and Frank Pai, P., “Acoustic metamaterial plates for elastic wave absorption and structural vibration suppression”, Int. J. Mech. Sci., Vol. 89, pp. 350–361, (2014).
[15] Oh, J. H., Qi, S., Kim, Y. Y., and Assouar, B., “Elastic Metamaterial Insulator for Broadband Low-Frequency Flexural Vibration Shielding”, Phys. Rev. Appl., Vol. 8, No. 5, (2017).
[16] Xu, Z., Tong, J., and Wu, F., “Magnetorheological elastomer vibration isolation of tunable three-dimensional locally resonant acoustic metamaterial”, Solid State Commun., Vol. 271, pp. 51–55, (2018).
[17] Lee, S., Ahn, C. H., and Lee, J. W., “Vibro-acoustic metamaterial for longitudinal vibration suppression in a low frequency range”, Int. J. Mech. Sci., Vol. 144, pp. 223–234, (2018).
[18] An, X., Fan, H., and Zhang, C., “Elastic wave and vibration bandgaps in two-dimensional acoustic metamaterials with resonators and disorders”, Wave Motion, Vol. 80, pp. 69–81, (2018).
[19] Nouh, M., Aldraihem, O., and Baz, A., “Vibration characteristics of metamaterial beams with periodic local resonances”, J. Vib. Acoust., Vol. 136, No. 6, pp. 061012, (2014).
[20] Liao, Y., Huang, H., Chang, G., Luo, D., Xu, C., Wu, Y., Tang, J., "Research on low-frequency noise control of automobiles based on acoustic metamaterial", Materials, Vol. 15, pp. 3261, (2022).
[21] Deery, D., Flanagan, L., O’Brien, G., Rice, HJ., Kennedy, J., “Efficient modelling of acoustic metamaterials for the performance enhancement of an automotive silencer”, Acoustics, Vol. 4(2), pp. 329-344, (2022).
[22] Ebrahimi-Nejad, S., Rahimi, D., Kheybari, M., Majidi-Jirandehi, AA., “Effects of inlet-outlet positioning, muffler geometry, and baffle design on vehicle muffler performance for desired sound transmission loss”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, March (2022).