Influencing the dynamic properties of weakly damped structures through systematic design of linear and non-linear metamaterials

通过线性和非线性超材料的系统设计影响弱阻尼结构的动态特性

基本信息

项目摘要

Periodic loads lead to vibration excitation in technical structures, whereby light and thin components are particularly affected. If the damping is also distributed inhomogeneously, i.e. locally concentrated, wave dynamics occur in the structure between excitation and local damping. Classical means for vibration reduction are often no longer sufficient in this case. A promising approach to influence the dynamics of such structures is the use of metamaterials. Metamaterials are periodically arranged substructures which are themselves able to oscillate and which influence not only modal parameters but also frequency ranges of wave propagation. Within the scope of this project, metamaterials will be systematically designed, intentionally including nonlinear substructures. For this purpose, methods of nonlinear dynamics are adapted and transferred. The objective is a general design using finite element models with complex boundary conditions to describe the periodic substructures. For validation, linear and nonlinear beam structures with metamaterial are produced and experimentally investigated. In order to be able to study also reproducible travelling waves, a combination of piezo elements and acoustic black holes will be analyzed and used as local energy sinks. With the knowledge gained, a systematic design of nonlinear amplitude-dependent metastructures will be possible for an extended influence on structural dynamic properties.
周期性载荷导致技术结构中的振动激励,其中轻和薄的部件尤其受到影响。如果阻尼也分布不均匀,即局部集中,则在激励和局部阻尼之间的结构中发生波动动力学。在这种情况下,传统的减振手段往往不再足够。一个有前途的方法来影响这种结构的动力学是使用超材料。超材料是周期性排列的子结构,其本身能够振荡,并且不仅影响模式参数,而且影响波传播的频率范围。在这个项目的范围内,超材料将被系统地设计,有意包括非线性子结构。为此目的,非线性动力学的方法进行了调整和转移。我们的目标是一个通用的设计,使用有限元模型与复杂的边界条件来描述周期性的子结构。为了验证,线性和非线性梁结构与超材料的生产和实验研究。为了能够研究可再现的行波,将分析压电元件和声学黑洞的组合,并将其用作局部能量汇。有了这些知识,系统地设计非线性振幅相关的元结构将有可能对结构的动力特性产生更大的影响。

项目成果

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