Površinski talasi od zemljotresa, eksplozija i drugih ljudskih aktivnosti mogu se širiti iz epicentra, praveći pustoš dok idu. Kontrolisanje takvih talasa moglo bi sprečiti oštećenje i uništenje. U mnogo manjim razmerama, filtriranje površinskih talasa i manipulacija mogu da izazovu poželjna svojstva u minijaturnim elektronskim uređajima.
Sada, istraživači Penn State College of Engineering su koristili pristup strateškog dizajna koji se zove metoda optimizacije topologije (TOM) za dizajniranje fabrikovanih, šablonskih listova sa podesivim svojstvima – nazvanim metapovršine – koje kontrolišu površinske talase. Predvođen Parisom Šokouhi, profesorkom inženjerskih nauka i mehanike, tim je objavio svoje rezultate u JASA Ekpress Letters.
„Naš multidisciplinarni tim je dizajnirao metapovršinsku barijeru sačinjenu od rezonantnih – ili vibrirajućih – struktura kako bi zaustavio širenje talasa ploča u određeno područje“, rekao je Shokouhi.
Površinski talasi su dugog dometa i mogu da putuju daleko bez gubitka mnogo energije, ali rezonantne strukture metapovršinske barijere mogu ih prekinuti.
„Kontrola vođenih talasa ima primenu na skali dužine od uređaja za površinske akustične talase – koji se koriste u elektronici i nedestruktivnoj proceni i nadzoru zdravlja konstrukcija, kao što je inspekcija cevovoda – do seizmičkih barijera“, rekao je Šokouhi. Ova simulacija pokazuje kako lokalno rezonantna metapovršina koja se sastoji od topološki optimizovanih rezonatora u obliku slonova može zaustaviti površinske talase. Zasluge: Daniel Guzman / Penn State
Rezonantne strukture u ovoj barijeri su podešene na određenu frekvenciju, koja odgovara unapred definisanoj ciljnoj frekvenciji površinskih talasa koji se šire preko aluminijumske ploče. Prema Shokouhi, istraživači su formulisali svoju metodologiju dizajna kao problem optimizacije topologije, koristeći TOM. S ciljem generisanja pojasnog razmaka — zone bez propagacije — oko određene frekvencije, metod optimizacije topologije automatski dizajnira rezonatore koji su optimalno oblikovani da imaju određene rezonantne i antirezonantne karakteristike. Ovo dovodi do onoga što je Šokouhi nazvao lokalno rezonantnim elastodinamičkim metapovršinama.
„U ovom radu demonstriramo da metodologija može dizajnirati rezonatore za metapovršine sposobne da potisnu talase ploča, nazvane Lamb talasi, ali ovaj metod se može proširiti na dizajn rezonantnih metapovršina koje mogu kontrolisati druge vrste vođenih talasa bez obzira na opseg frekvencija“, Šokouhi je rekao, napominjući da je to prvi put da je TOM – prvobitno dizajniran 1980-ih za rešavanje problema strukturalnog dizajna – primenjen na ovaj način. „Ova strategija sistematskog dizajna može se dalje generalizovati, predstavljajući potencijalni pristup za kontrolu talasa u drugim oblastima, kao što je akustika.“
Više informacija: Daniel Giraldo Guzman et al, Dizajn rezonantnih elastodinamičkih metapovršina za kontrolu S0 Lamb talasa korišćenjem optimizacije topologije, JASA Ekpress Letters (2022). DOI: 10.1121/10.0015123
Istražite dalje
