Desenvolvimento de metamateriais acústicos com o uso de algoritmo genético e manufatura aditiva
Resumo
Materiais de absorção sonora são utilizados para mitigar o ruído em diversas aplicações, como ambientes corporativos, indústrias automobilística e aeronáutica, fábricas, entre outros. Embora muito eficientes em altas frequências, para obter considerável absorção sonora em médias e baixas frequências, grandes espessuras de material são requeridas. Isso causa aumento de massa e de custo dos dispositivos. Com o objetivo de superar os problemas mencionados, o advento da manufatura aditiva (popularmente conhecida como impressão 3D) e o desenvolvimento cada vez maior da computação, permite o projeto de novas formas de materiais com estruturas mais complexas. Estas novas estruturas são conhecidas como metamateriais acústicos e possuem a propriedade de apresentarem características incomuns não encontradas na natureza. Desta forma, o presente trabalho faz uso de teorias acústicas bem estabelecidas em conjunto com técnicas de otimização por algoritmos genéticos. O trabalho também utiliza software livre de modelagem tridimensional para obtenção de geometrias de metamateriais com capacidade de absorção sonora controlada nas bandas de frequência de interesse. A modelagem foi integrada com o uso da linguagem de programação Python. Os materiais projetados foram fabricados com a tecnologia de manufatura aditiva e posteriormente caracterizados experimentalmente com medições em tubo de impedância. Os resultados experimentais mostraram boa convergência com os modelos analíticos e numéricos desenvolvidos. O erro percentual nas frequências de ressonância, tomando como referência o modelo analítico, foi de 17% e 6%, respectivamente, para os modelos numéricos e experimentais da primeira geometria avaliada, e de 6% e 0, 7% para os modelos numéricos e experimentais para a segunda geometria. Além disso, foi possível obter uma relação entre a espessura do dispositivo (32 mm) e os comprimentos de onda de ambas as frequências de ressonância da amostra medida de aproximadamente 0,058 e 0,084, respectivamente. Os resultados mostram que o modelo proposto pode ser utilizado com confiança para geração de novos materiais que venham a contribuir com o estudo dos metamateriais acústicos.
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