Realization of a Virtual Acoustic Black Hole with Piezoelectric Patches

楔形(几何) 实现(概率) 声学 振动 机械阻抗 有限元法 压电 梁(结构) 传感器 电阻抗 计算机科学 工程类 物理 结构工程 电气工程 光学 数学 统计
作者
Samuel Quaegebeur,Ghislain Raze,Cheng Li,Gaëtan Kerschen
出处
期刊:Conference proceedings of the Society for Experimental Mechanics 卷期号:: 91-97
标识
DOI:10.1007/978-3-031-34938-6_11
摘要

Reducing the mechanical vibration is of the utmost importance to lower mechanical stress and thus extend the life of a structure. This work proposes a novel concept to achieve this through an acoustic black hole (ABH) effect implemented via a digital controller. An ABH is a device that localizes the vibrational energy, which is in turn dissipated using damping layers. Its practical realization consists of a tapered wedge beam whose thickness follows a power-law profile. Its efficiency usually starts beyond a cut-on frequency, which is inversely proportional to its length. Obtaining the ABH effect on slender structures is thus very challenging: to achieve vibration reduction at low frequencies, the tapered wedge beam must be very long and thin. We propose herein to circumvent this problem by using a digital controller connected to piezoelectric transducers which are bonded to the host structure. Digital controllers have the significant advantage of being able to reproduce virtually any desired mechanical impedance function and, in particular, that of an ABH. We verify the soundness of the approach through detailed numerical simulations. Those are conducted on a one-dimensional slender beam modeled by the finite element method. The simulations show promising results, and the practical realization of the virtual acoustic black hole (VABH) is discussed eventually.

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