Desenvolvimento de metamateriais acústicos com o uso de algoritmo genético e manufatura aditiva

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dowsley, Lucas Martinho
Data de Publicação: 2023
Idioma: por
Título da fonte: Manancial - Repositório Digital da UFSM
dARK ID: ark:/26339/0013000004jjm
Texto Completo: http://repositorio.ufsm.br/handle/1/30535
Resumo: Trabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Acústica, RS, 2023.
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spelling Desenvolvimento de metamateriais acústicos com o uso de algoritmo genético e manufatura aditivaDevelopment of acoustic metamaterials using genetic algorithms and additive manufacturingMetamateriais acústicosAbsorção sonoraOtimizaçãoManufatura aditivaAcoustic metamaterialsSound absorptionOptimzationAdditive manufacturingCNPQ::ENGENHARIASTrabalho de conclusão de curso (graduação) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Curso de Engenharia Acústica, RS, 2023.Sound absorption materials are used to mitigate noise in various applications, such as corporate environments, automotive and aeronautical industries, factories, among others. Although highly effective at high frequencies, achieving significant sound absorption at medium and low frequencies requires large material thicknesses. This leads to increased mass and device costs. With the advent of additive manufacturing (commonly known as 3D printing) and the continuous development of computing, new ways of designing these materials with more complex structures are being used to overcome these issues. These new structures are known as acoustic metamaterials and possess unusual characteristics not found in nature. In this work, well-established acoustic theories are employed in conjunction with optimization techniques using genetic algorithms. Open-source 3D modeling software is also used to obtain metamaterial geometries with controlled sound absorption properties in the target frequency bands. All of this is integrated using the Python programming language. The designed materials were manufactured using additive manufacturing technology and subsequently experimentally characterized through impedance tube measurements. The experimental results showed good agreement with the developed analytical and numerical models. The percentage error in the resonance frequencies, with respect to the analytical model, was approximately 17% and 6%, respectively, for the numerical and experimental models of the first evaluated geometry, and 6% and 0.7% for the numerical and experimental models of the second geometry. Furthermore, a relationship was established between the device thickness (32 mm) and the wavelengths of both resonance frequencies of the measured sample, approximately 0.058 and 0.084, respectively. The results demonstrate that the proposed model can be confidently used for generating new materials that contribute to the study of acoustic metamaterials.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.Universidade Federal de Santa MariaBrasilUFSMCentro de TecnologiaMareze, Paulo HenriqueDowsley, Lucas Martinho2023-11-17T15:31:40Z2023-11-17T15:31:40Z2023-10-262023-10-26Trabalho de Conclusão de Curso de Graduaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionapplication/pdfapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/30535ark:/26339/0013000004jjmporAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-11-17T15:31:41Zoai:repositorio.ufsm.br:1/30535Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2023-11-17T15:31:41Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false
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