Dynamic analysis of phononic crystals and elastic metamaterials by the scaled boundary finite element method : Análise dinâmica de cristais fonônicos e metamateriais elásticos através do método dos elementos finitos escalonados no contorno

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Hélio Vitor Cantanhêde da, 1989-
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/10310
Resumo: Orientador: José Maria Campos dos Santos
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Eles estão sendo aplicados em várias áreas da ciência e da engenharia, em que possuem diversas aplicações como, por exemplo, controle passivo/ativo de vibração, filtros/barreiras acústicas, metamateriais para captação de energia, guias de onda, dentre outras. Considerando esse contexto, esta tese tem como objetivo aplicar o método dos elementos finitos escalonados no contorno (SBFEM), o método dos elementos finitos (MEF) e o método dos elementos finitos ondulatórios (WFE) para o estudo de propagação de ondas e obtenção do diagrama de banda e resposta forçada para os PCs e EMs. Essas estruturas foram modeladas usando a teoria do estado plano de tensões, em que a estrutura analisada possui duas dimensões. Foram feitos o estudo para o caso de propagação em uma direção que, no caso, foi na direção x e, posteriormente, a análise para a propagação em duas direções, ou seja, no plano xy; também foi possível a análise do modo de onda para uma determinada região do diagrama de banda, e o modo foi obtido através do SBFEM e do MEF. O SBFEM foi aplicado juntamente com o teorema de Floquet-Bloch para o estudo de propagação de ondas nos PCs e EMs. Por meio dos resultados obtidos, pôde-se notar que o SBFEM possui vantagens significativas quando comparado ao MEF. A principal vantagem refere-se à economia computacional, devido ao uso da discretização somente no contorno, o que reduz o número de graus de liberdade utilizados na análise. A formulação do SBFEM também é apresentada para o caso de placas finas, ficando, assim, a aplicação dessas estruturas para cristais fonônicos e metamateriais para trabalhos a serem desenvolvidos. Esta tese é o primeiro estudo desenvolvido com aplicação do SBFEM para cristais fonônicos e metamateriais elásticos, considerando como principal aplicação o controle passivo de vibraçãoAbstract: Phononic crystals (PCs) and elastic metamaterials (EMs) are artificial structures that are designed to create forbidden bands or Bragg-type and/or locally resonant band gaps; these band gaps are noticed through the band diagrams and the forced response in certain frequency bands. They are being applied in several areas of science and engineering, where they have several applications, such as passive/active vibration control, acoustic filters/barriers, metamaterials for energy capture, waveguides, among others. Considering this context, this thesis aims to apply the scaled boundary finite element method (SBFEM), the finite element method (FEM) and the wave finite element method (WFE) for the study of wave propagation and obtaining the band diagram and forced response for the PCs and EMs. These structures were modeled using plane stress theory, in which the analyzed structure has two dimensions. The study was carried out for the case of propagation in one direction, which, in this case, was in the x direction and, later, the analysis for propagation in two directions, that is, in the xy plane; it was also possible to analyze the wave mode for a certain region of the band diagram, and the mode was obtained through SBFEM and MEF. The SBFEM was applied together with the Floquet-Bloch theorem for the study of wave propagation in PCs and EMs. Through the obtained results, it could be noticed that the SBFEM has significant advantages when compared to the MEF. The main advantage refers to computational economy, due to the use of discretization only on the boundary, which reduces the number of degrees of freedom used in the analysis. The SBFEM formulation is also presented for the case of thin plates, thus leaving the application of these structures for phononic crystals and metamaterials for works to be developed. This thesis is the first study developed with the application of SBFEM for phononic crystals and elastic metamaterials, considering passive vibration control as the main applicationDoutoradoMecânica dos Sólidos e Projeto MecânicoDoutor em Engenharia MecânicaCNPQ140783/2017-2[s.n.]Santos, José Maria Campos dos, 1953-Serpa, Alberto LuizMiranda Júnior, Edson Jansen Pedrosa deRade, Domingos AlvesOliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues deUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASSilva, Hélio Vitor Cantanhêde da, 1989-20232023-01-17T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (127 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/10310SILVA, Hélio Vitor Cantanhêde da. Dynamic analysis of phononic crystals and elastic metamaterials by the scaled boundary finite element method: Análise dinâmica de cristais fonônicos e metamateriais elásticos através do método dos elementos finitos escalonados no contorno. 2023. 1 recurso online (127 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/10310. 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