Nieuwe simulatietechnieken voor Vibro-akoestische analyse van Lightweight Structures

In de zoektocht naar nieuwe materialen die een licht gewicht combineren met goede akoestische eigenschappen, zijn resonante metamaterialen interessant. Metamaterialen zijn gedefinieerd als de generieke familie van materialen ontworpen om specifieke karakteristieken te hebben, die normaal gezien niet voorkomen in de natuur, voor specifieke applicaties. Het doel van dit onderzoek is om een metamateriaal te ontwerpen die geluidsisolatie kan verbeteren door stopbanden te introduceren in bepaalde frequentiebanden. Stopbanden zijn gedefinieerd als zones in een bepaald frequentiebereik waarin geen vrije golfpropagatie kan plaatsvinden. Het wordt beweerd dat dit gedrag kan worden bereikt door het gebruik van lokale resonatoren. Voor de eerste stap van het ontwerpproces heeft men  een numeriek model nodig van de voorgestelde constructie om het vibroakoestische gedrag hiervan te bestuderen. Deze numerieke simulatie is veeleisend qua ontwerp en rekentijd, maar omdat periodiciteit wordt aangenomen in ons ontwerp van het metamateriaal, kan het Bloch-Floquet-theorem gebruikt worden om de rekentijd te verminderen die benodigd is om het stopbandgedrag te analyseren. Met het Bloch-Floquet-theorem kan het stopbandgedrag van een oneindige periodieke constructie gevangen worden met de analyse van een enkele eenheidscel. Een eenheidscel is gedefinieerd als een kleine partitie van een periodieke constructie die ten minste bestaat uit een enkele periode en alle informatie essentiële bevat. Daarnaast wordt een nieuwe aanpak gebruikt om een flexibelere numerieke tool om om te gaan met frequentieafhankelijke materiaaleigenschappen die vooral belangrijk zijn voor lichtgewichte gedempte constructies.