Numerical and experimental models for vibration attenuation using cork composite materials

Hugo Filipe Diniz Policarpo

Key information

Authors:

Hugo Filipe Diniz Policarpo (Hugo Filipe Diniz Policarpo)

Supervisors:

Miguel António Lopes de Matos Neves (Miguel António Lopes de Matos Neves)

Published in

12/20/2013

Abstract

This document proposes a novel analytical-experimental hybrid methodology for the determination of the longitudinal and shear dynamic moduli, in which the longitudinal modulus was compared with the Dynamic Mechanical Analysis (DMA) results for several Cork Composite Materials (CCMs). Symbolic computation was intensively used to achieve a simple equation for the storage modulus and the Rational Fraction Polynomial method was used to determine the natural frequency and its respective loss factor. Such methodology allowed the development of validated numerical models of Phononic-inspired Vibration Isolators (PIVIs) in the frequency domain. The CCMs have been proposed by the author to achieve significant vibration attenuations at low and wide frequency ranges within reasonable lengths of the PIVIs. A test with a compressor motor illustrates the potential of those devices combined with a spring. The author also proposes validated numerical models in the frequency domain for metallic panels using CCMs for Surface Damping Treatments (SDTs), to study whether they are a low density alternative to the conventional damping materials. Topology optimization has been applied to PIVIs and SDTs to improve their performance. This study was performed to contribute for innovative applications using CCMs under dynamic loading, where the dynamic moduli is now of simpler assessment. Este documento propõe uma nova metodologia híbrida analítico-experimental para determinação dos módulos de elasticidade dinâmicos longitudinal e de distorção, cujos resultados no caso longitudinal foram comparados através de Análise Mecânica Dinâmica em vários Compósitos de Cortiça (CCM). Utilizando computação simbólica intensiva obteve-se uma equação simples de cálculo dos módulos dinâmicos, recorrendo ao método polinomial em fracções racionais para identificação da frequência natural e factor de perda. Esta metodologia permitiu o desenvolvimento de modelos numéricos validados de Isoladores de Vibração Inspirados em Estruturas Fonónicas (PIVIs) no domínio da frequência. Os CCMs propostos pelo autor visam alcançar regiões de atenuação significativas em gamas de baixas frequências e comprimentos razoáveis dos PIVIs. Um teste com um motor de compressor ilustra o potencial destes dispositivos combinados com uma mola. O autor propõe modelos numéricos validados no domínio da frequência de painéis metálicos utilizando CCMs nos tratamentos de amortecimento (SDT) para estudar se estes são alternativa de baixa densidade aos materiais convencionais de amortecimento. Optimização topológica foi aplicada aos PIVIs e SDTs para melhorar o desempenho destes. Este estudo visa contribuir para o desenvolvimento de aplicações inovadoras que utilizam CCMs sob solicitações dinâmicas, onde o módulo dinâmico das CCMs é agora de avaliação mais simples.