Análise de atenuação de vibração de estrutura periódica feita de material compósito laminado

Abstract

Há uma busca constante por materiais que apresentam melhores características mecânicas, baixo custo e bom comportamento à vibração mecânica. Desta forma, materiais compósitos e estruturas periódicas tem sido amplamente estudadas. Um material compósito consiste da combinação de dois ou mais materiais, no qual, juntos fornecem propriedades mecânicas desejadas, enquanto que uma estrutura periódica consiste de subestruturas (ou células unitárias) posicionadas periodicamente em uma estrutura principal. Essas células produzem uma variação da rigidez e na faixa de frequência, consequentemente, no comportamento dinâmico da estrutura mecânica. O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo do comportamento estrutural de uma viga feita de material compósito laminado, subdividida em estruturas menores e montadas periodicamente. Neste trabalho, analisou-se a resposta em frequência para elementos com diferentes orientações da fibra. A estrutura periódica foi construída acoplando esses elementos. Através dos resultados, foi possível observar que a estrutura periódica apresentou bandas de parada para diferentes faixas de frequência. Os efeitos da periodicidade foram mais expressivos quando a viga de metamaterial apresentou mais células periódicas. Com o aumento do número de estruturas periódicas, o efeito das bandas de parada foram mais significantes. Contudo, é importante notar que foi possível obter bandas de parada apenas com a influência da orientação da fibra. Nesse contexto, este trabalho apresentou a possibilidade de obter atenuação de vibração apenas utilizando dos efeitos benéficos da união entre estrutura periódica e material compósito laminado.

There has been a constant search for materials that present better mechanical characteristics, low-cost, and good behaviour to mechanical vibrations. Thus, composite materials and periodic structures have been widely studied. A composite material consists of the combination of two or more materials which together produces desirable mechanical properties, whereas the periodic structure consists of substructures (or unity cell) positioned periodically in a principal structure. These cells produce a variation of the stiffness and in the range of frequency, consequently, in the dynamic behaviour of the mechanical structure. The objective of this work is to present a study of the structural behaviour of a beam made of the composite laminated material, subdivided in small structures and assembled periodically. In this work it was analysed the frequency response of elements with different fiber orientations. The periodic structure was built coupling these elements. Through the results, it was possible to notice that the periodic structure presented band gap for different frequency range. The effects of periodicity were more expressive when beam metamaterial presents more periodic cells. With increase of the number of periodic structures, the band gaps' effect will be more expressive. Although, it is important to note that was possible to obtain band gaps only with the influence of the fiber orientation. In this context, this work presented the possibility of obtaining the vibration attenuation only using the benefits of join periodic structure and laminate composite material.