Isolamento acústico de baixa frequência via metapainel de ressonadores de membrana decorada

• Autor(a) principal: Cerântola, Pedro de Campos Muradas
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-31102022-115323/
• topic: Controle de ruídos; Decorated membrane resonator; Membrane acoustic metamaterial; Metamaterial acústico de membrana; Metapainel; Metapanel; Noise control; Penrose; Penrose; Ressonador de membrana decorada; Tesselação; Tesselation

Vibrações estruturais são a fonte mais comum dos ruídos aos quais as pessoas estão cotidianamente expostas. Este fenômeno de transmissão frequentemente surge de estruturas que se comportam como placas oscilantes, como as massivamente empregadas em máquinas em geral e aplicações automotivas, aeronáuticas e aeroespaciais. A crescente necessidade desses segmentos terem eficiência energética agrava o problema do ruído, já que dispositivos leves tendem a ser menos silenciosos, especialmente na faixa de baixas frequências. Para atacar esta questão, dispositivos conhecidos como metamateriais acústicos vem sendo desenvolvidos e colocados em uso em contextos de engenharia. Destes, destacam-se os metamateriais acústicos de membrana (MAMs), reconhecidos por sua capacidade de superar a lei das massas e entregar altos níveis de isolamento sonoro com baixa massa e volume adicionados aos sistemas vibroacústicos. O ressonador de membrana decorada (DMR), um conceito específico de MAM, alcança este feito a partir da massa efetiva negativa que apresenta entre seus dois primeiros modos de vibração normais. Várias configurações de DMR já foram investigadas, mas o estado da arte conta ainda com lacunas para aplicações em larga escala. Neste sentido, o presente trabalho de Mestrado tem como objetivo projetar e avaliar um metapainel de DMRs para a atenuação acústica no intervalo entre 178 e 355 Hz a partir de estratégias de modelagem numérica. Para isto, é criada uma metodologia de projeto baseada no modelo de elementos finitos do painel acoplado a um sistema composto de uma cavidade e uma placa radiante, com o nível de potência sonora irradiada para o campo distante sendo obtido a partir de diferentes formulações para estruturas flexíveis. A fim de diminuir o acoplamento vibroacústico com o resto do sistema, um metapainel aperiódico de padrão Penrose é concebido a partir da teoria de tesselação. Para verificar a robustez da solução frente a fontes de incertezas, foram aplicadas variações aleatórias de aspectos construtivos ao metapainel. Dois diferentes empilhamentos também foram simulados. A capacidade de atenuação da estrutura proposta é demonstrada, tendo sido a configuração nominal capaz de produzir perdas por inserção de 12, 26 e 25 dB nos três terços de oitava analisados e um máximo de quase 60 dB no intervalo. A metodologia desenvolvida se mostrou eficiente para o projeto e análise de um atenuador de DMRs.