مروری بر انواع فرا مواد و کاربرد آن در کاهش نویز و ارتعاشات ناخواسته

امروزه به ‌منظور کاهش نویز و ارتعاشات از فرا مواد به‌ عنوان مانع، میرا کننده و یا جاذب ارتعاش و صوت در حوزه‌ های مختلفی چون هوافضا، خودرو و کنترل آلاینده‌ های صوتی استفاده می شود. این مواد، موادی مصنوعی ساخته شده از سلول‌ های واحد با ابعادی کوچکتر از طول موج امواج صوتی مورد نظر هستند که در ابعاد بزرگتر به صورت متناوب تکرار شده اند و می ‌توانند دامنه‌ ی امواج صوتی را در بازه فرکانسی مورد نظر به ‌صورت موثر کاهش دهند. در این مقاله مروری، به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه فرا مواد مختلف به‌ خصوص فرا مواد آکوستیکی و الاستیکی پرداخته شده و کاربردها و نتایج آن ‌ها در کاهش نویز و ارتعاشات ناخواسته محیط مورد مطالعه قرار گرفته است. در اکثر تحقیقات محاسبات عددی با استفاده از قضیه بلاک فلوکوت برای محاسبه فاز بلاک سلول واحد فرا مواد صوتی انجام شده که در این قضیه گپ انرژی پیش ‌بینی شده از فاز بلاک محاسبه شده از فرکانس صفر شروع می‌شود و تا فرکانسی که دارای مقدار انتقال کمتر از یک می‌باشد ادامه پیدا می‌کند. نتایج این تحقیقات نشان می دهد با استفاده از فرا مواد می توان ارتعاشات و نویز فرکانسپایین یک سیستم را در حد مطلوبی کاهش داد. همچنین افزایش دمپینگ جاذب‌ها بطور مستقیم باعث افزایش عرض باند توقف و کاهش دامنه ‌ی ارتعاش در فرکانس پائین به وسیله افزایش فاصله باندی انرژی می‌شود. افزایش درجات آزادی رزوناتورهای محلی نیز از روش ­های دیگر افزایش گپ انرژی است.

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

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.