Otimização de estruturas treliçadas de metamaterial com o uso de algoritmos genéticos
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Data
2024
Autores
Schneider, Cecília Maria
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Resumo
Estruturas de metamaterial são denominadas dessa maneira por seu comportamento inusitado, modificações em sua geometria são responsáveis por essas características singulares, ausentes do material em seu estado natural. Um dos comportamentos atípicos dessas estruturas é a formação de bandas de atenuação, que são faixas de frequência onde a transmissão de onda não ocorre ou é muito reduzida. A determinação do comportamento destas novas estruturas por métodos de cálculo é fundamental para a evolução das soluções estruturais e a otimização do projeto destas estruturas é crucial para expandir sua aplicabilidade. Para tanto, a formação de bandas de atenuação em vigas treliçadas de metamaterial foi avaliada pelo método do elemento espectral e otimizada por algoritmos genéticos. O método do elemento espectral foi comparado ao método dos elementos finitos, ambos desenvolvidos no software MATLAB, o método do elemento espectral se mostrou mais preciso e mais rápido para uma viga engastada de concreto. Ao avaliar a resposta da viga treliçada de metamaterial com ressonadores, o diâmetro dos ressonadores, variado entre 3 e 8 cm, promove bandas de atenuação mais profundas se usado no maior diâmetro, a comparação de 5 materiais para o ressonador mostrou o alumínio como melhor material para formação de bandas de atenuação mais profundas, enquanto o uso do epóxi promove bandas de atenuação em frequências mais baixas, ao avaliar a rotação do ressonador sua efetividade para geração de bandas de atenuação é maior entre 0 e 15º. A viga de metamaterial também teve sua resposta analisada ao variar a relação de comprimento e altura da célula unitária, as bandas de atenuação serão maiores em frequências de 400 a 2000 Hz se ela for igual a 1, a influência do tamanho do ressonador, foi avaliada por sua relação com o comprimento da célula unitária quando o tamanho do ressonador é 60% do comprimento as bandas de atenuação são mais profundas. A otimização por algoritmos genéticos se mostrou eficaz ao produzir bandas de parada sempre mais largas e mais profundas ao comparar a mesma estrutura com o uso de outro material.
Descrição
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.
Palavras-chave
Metamaterial, Bandas de parada, MEE, MEF