Investigando modos de interface em estruturas elásticas

Resumo

Cristais fonônicos e metamateriais acústicos são estruturas periódicas que têm despertado grande interesse nas comunidades de engenharia e física, devido à sua grande aplicabilidade em controle passivo de vibração e ruído. Nesse contexto, alguns conceitos de fase geométrica originalmente desenvolvidos na eletrônica têm inspirado um grande número de aplicações em fonônica e fotônica. Esses conceitos permitem a manipulação de comportamentos topológicos, como modos de fronteira ou de interface, devido a topologias não-triviais nas estruturas de bandas de alguns materiais. Para sistemas acústicos, foi mostrado recentemente que modos de interface aparecem na fronteira entre dois cristais fonônicos com bandgaps de diferentes topologias, o que pode ser explicado utilizando a fase geométrica chamada Zak phase. Isso leva a um aprimoramento do campo acústico na interface, o que pode ter aplicações úteis em situações em que são necessárias fortes intensidades sonoras, como detecção sonora e mapeamento biomédico. O objetivo desse projeto de pesquisa é explorar o conceito da fase geométrica e como ele pode ser aplicado no projeto de sistemas periódicos que apresentem modos de interface. Mais especificamente, entendendo como o conceito explica a presença de modos de interface em guias de onda acústicos vai permitir estender o fenômeno para estruturas elásticas, que é o objetivo principal. Para isso, elementos espectrais uni-dimensionais serão utilizados para obter a relação de dispersão e calcular a resposta forçada de sistemas periódicos como guias de onda acústicos, barras e vigas. A influência de amortecimento e variabilidades geométricas e/ou de material no confinamento de ondas na interface também será analisada. A possibilidade de confinar energia na forma de vibrações elásticas na interface entre duas estruturas pode ter aplicações úteis em situações relacionadas a energy harvesting. (AU)