مروري بر انواع فرامواد و كاربرد آن در كاهش نويز و ارتعاشات ناخواسته

A review of the types of metamaterials and their application in reducing unwanted noise and vibrations

امروزه به ‌منظور كاهش نويز و ارتعاشات از فرامواد به‌ عنوان مانع، ميرا كننده و يا جاذب ارتعاش و صوت در حوزه‌ هاي مختلفي چون هوافضا، خودرو و كنترل آلاينده‌ هاي صوتي استفاده مي شود. اين مواد، موادي مصنوعي ساخته شده از سلول‌ هاي واحد با ابعادي كوچكتر از طول موج امواج صوتي مورد نظر هستند كه در ابعاد بزرگتر به صورت متناوب تكرار شده اند و مي ‌توانند دامنه‌ ي امواج صوتي را در بازه فركانسي مورد نظر به ‌صورت مؤثر كاهش دهند. در اين مقاله مروري، به بررسي تحقيقات انجام شده در زمينه فرامواد مختلف به‌ خصوص فرامواد آكوستيكي و الاستيكي پرداخته شده و كاربردها و نتايج آن ‌ها در كاهش نويز و ارتعاشات ناخواسته محيط مورد مطالعه قرار گرفته است. در اكثر تحقيقات محاسبات عددي با استفاده از قضيه بلاك-فلوكوت براي محاسبه فاز بلاك سلول واحد فرامواد صوتي انجام شده كه در اين قضيه گپ انرژي پيش ‌بيني شده از فاز بلاك محاسبه شده از فركانس صفر شروع مي‌شود و تا فركانسي كه داراي مقدار انتقال كمتر از يك مي‌باشد ادامه پيدا مي‌كند. نتايج اين تحقيقات نشان مي­دهد با استفاده از فرامواد مي­توان ارتعاشات و نويز فركانس-پايين يك سيستم را در حد مطلوبي كاهش داد. همچنين افزايش دمپينگ جاذب‌ها بطور مستقيم باعث افزايش عرض باند توقف و كاهش دامنه ‌ي ارتعاش در فركانس پائين به وسيله افزايش فاصله باندي انرژي مي‌شود. افزايش درجات آزادي رزوناتورهاي محلي نيز از روش ­هاي ديگر افزايش گپ انرژي است.

Abstract: Today, in order to reduce noise and vibrations, meta-materials are used as a barrier, attenuator or absorber of vibration and sound in various fields such as aerospace, automotive and pollutant control. Meta-materials are synthetic materials made from single cells with dimensions smaller than the desired wavelength of sound waves, repeated alternately in a larger scale, which can effectively reduce the amplitude of sound waves in the desired frequency range. In this review article, research conducted in the field of various metamaterials, especially acoustic and elastic metamaterials, and their applications and results in reducing noise and unwanted vibrations of the environment have been studied. In most researches, numerical calculations have been performed using the Bloch-Floquet theorem to calculate the Bloch cell phase of a single metamaterial cell. The results of this research show that by using acoustic and elastic meta-materials, the vibrations and low frequency noise of a system can be reduced to a desirable level. It becomes a means of increasing the energy band gap. Increasing the degree of release of local resonators is another way to increase energy gap and further reduce vibration.