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Modelagem de estruturas periódicas com aplicações a cristais fonônicos e metamateriais acústicos

Processo: 14/19054-6
Modalidade de apoio:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2014
Vigência (Término): 31 de julho de 2018
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
Acordo de Cooperação: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Pesquisador responsável:José Roberto de França Arruda
Beneficiário:Danilo Beli
Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):15/15718-0 - Comportamento Dinâmico de Metamateriais do Tipo Viga e Placa com Interação Fluido-Estrutura, BE.EP.DR
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Propagação das ondas
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:bandas proibidas | cristal fonônico | Elementos espectrais | elementos finitos de ondas | metamaterial acústico | Propagação de ondas | Propagação de Ondas

Resumo

O projeto pretende estudar estruturas periódicas clássicas, cristais fonônicos e metamateriais acústicos por técnicas de propagação de ondas visando principalmente à criação de band gaps ("bandas proibidas") para controle de ruídos e vibrações. Os métodos de propagação de ondas apresentam vantagens para modelar estas estruturas, pois possibilitam redução no tempo de cálculo, precisão em toda faixa de frequências, modelagem de teoria e geometrias complexas, e fácil combinação com outras subestruturas. Cristais fonônicos e metamateriais acústicos são estruturas periódicas projetadas artificialmente que surgiram recentemente e possuem diversas propriedades (band gap, tunelamento, aceleração de ondas, ressonâncias locais, dentre outras) e aplicações como filtragem e redução de ruídos e vibrações, e processamento de sinais, ainda pouco exploradas. Band gaps são faixas de frequência em que não há propagação das ondas pela estrutura; podem ser criadas pela diferença de propriedades entre as inclusões e a matriz hospedeira (cristais fonônicos) ou pela inclusão de células acústicas modificadas, menores que o comprimento de onda (metamateriais acústicos). Os casos de estudo sugeridos (anéis flexíveis rotativos, modelagem não linear e/ou multiescala, barreiras de vibração e ruído) possibilitam o desenvolvimento da ferramenta de análise (SEM e WFE), dos conceitos físicos de metamateriais acústicos e cristais fonônicos, além de conceber dispositivos de grande interesse e com diversas aplicações. (AU)

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Publicações científicas (8)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
BELI, D.; ARRUDA, J. R. F.; RUZZENE, M.. Wave propagation in elastic metamaterial beams and plates with interconnected resonators. INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES, v. 139, p. 105-120, . (15/15718-0, 14/19054-6)
ASSIS, GEORGE F. C. A.; BELI, DANILO; DE MIRANDA JR, EDSON J. P.; CAMINO, JUAN F.; DOS SANTOS, JOSE MARIA C.; ARRUDA, JOSE ROBERTO F.. Computing the complex wave and dynamic behavior of one-dimensional phononic systems using a state-space formulation. INTERNATIONAL JOURNAL OF MECHANICAL SCIENCES, v. 163, . (18/18774-6, 14/19054-6, 18/15894-0)
BELI, D.; MENCIK, J. -M.; SILVA, P. B.; ARRUDA, J. R. F.. A projection-based model reduction strategy for the wave and vibration analysis of rotating periodic structures. COMPUTATIONAL MECHANICS, v. 62, n. 6, p. 1511-1528, . (10/17317-9, 13/23542-3, 14/19054-6)
BELI, DANILO; SILVA, PRISCILLA BRANDAO; DE FRANCA ARRUDA, JOSE ROBERTO. Mechanical circulator for elastic waves by using the nonreciprocity of flexible rotating rings. MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, v. 98, p. 1077-1096, . (14/19054-6)
BELI, DANILO; FABRO, ADRIAN T.; RUZZENE, MASSIMO; ARRUDA, JOSE ROBERTO F.. Wave attenuation and trapping in 3D printed cantilever-in-mass metamaterials with spatially correlated variability. SCIENTIFIC REPORTS, v. 9, . (15/15718-0, 14/19054-6)
FABRO, ADRIANO T.; BELI, DANILO; FERGUSON, NEIL S.; ARRUDA, JOSE ROBERTO F.; MACE, BRIAN R.. ave and vibration analysis of elastic metamaterial and phononic crystal beams with slowly varying propertie. WAVE MOTION, v. 103, . (14/19054-6)
SOUZA, MARCOS R.; BELI, DANILO; FERGUSON, NEIL S.; ARRUDA, JOSE ROBERTO DE F.; FABRO, ADRIANO T.. A Bayesian approach for wavenumber identification of metamaterial beams possessing variability. MECHANICAL SYSTEMS AND SIGNAL PROCESSING, v. 135, . (18/18774-6, 18/15894-0, 14/19054-6)
BELI, DANILO; SILVA, PRISCILLA BRANDAO; DE FRANCA ARRUDA, JOSE R.. Vibration Analysis of Flexible Rotating Rings Using a Spectral Element Formulation. JOURNAL OF VIBRATION AND ACOUSTICS-TRANSACTIONS OF THE ASME, v. 137, n. 4, . (10/17317-9, 14/19054-6)
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
BELI, Danilo. Vibration attenuation and elastic wave manipulation in periodic structures using band gaps and nonreciprocity. 2018. Tese de Doutorado - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Mecânica Campinas, SP.

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