Otimização de uma metaestrutura com rigidez não linear para atenuação de vibração axial

Abstract

O objetivo deste trabalho é explorar a atenuação da vibração de uma metaestrutura por meio da adição de absorvedores de forma periódica. Além disso é explorada a atenuação da vibração de uma metaestrutura quando um absorvedor com rigidez cúbica não linear é incluído sem aumentar a massa total. As metaestruturas, e especificamente as estruturas periódicas, apresentam características interessantes para atenuação da vibração que não são encontradas em estruturas clássicas. Estas características foram exploradas para aplicações automotivas e aeroespaciais, entre outras, pois estruturas com baixa massa são fundamentais para essas indústrias. Também é desejável manter baixos níveis de vibração em uma ampla faixa de frequência. Foi demonstrado que a adição de absorvedores de vibração em um arranjo periódico pode fornecer atenuação da vibração para entrada de choque sem aumentar a massa total de uma estrutura. Neste trabalho, a resposta dinâmica do sistema proposto é comparada a uma metaestrutura base sem absorvedores e uma metaestrutura com absorvedores lineares para entrada harmônica através da avaliação da norma H2 da resposta em frequência. Um procedimento de otimização é mostrado para encontrar a posição ideal e os coeficientes de rigidez do absorvedor não linear. A resposta dinâmica do sistema ideal é obtida numericamente e mostra que a adição de um absorvedor não linear pode melhorar a atenuação da vibração.

The objective of this work is to explore the vibration attenuation of a metastructure by periodically adding absorbers, and the vibration attenuation of a metastructure is explored when a nonlinear cubic stiffness absorber is included without increasing the total mass. Metastructures, and specifically periodic structures, present interesting characteristics for vibration attenuation that are not found in classical structures. These characteristics have been explored for automotive and aerospace applications, among others, as structures with low mass are paramount for these industries, and keeping low vibration levels in wide frequency range is also desirable. It has been shown that the addition of vibration absorbers in a periodic arrangement can provide vibration attenuation for shock input without increasing the total mass of a structure. In this work, the dynamical response of the proposed system is compared to a base metastructure without absorbers and a metastructure with linear absorbers for harmonic input via the evaluation of the H2 norm of the frequency response. An optimisation procedure is shown to find the optimal position and stiffness coefficients of the nonlinear absorber. The dynamical response of the optimal system are obtained numerically, and shows that the addition of one nonlinear absorber can improve vibration attenuation.