Scopo principale del presente progetto è lo studio ed il progetto ottimizzato di metamateriali periodici gerarchici elettroattivi adibiti al controllo della propagazione di onde di Bloch o di superficie. In particolare, metamateriali realizzati con fasi piezoelettriche temporalmente modulate, saranno oggetto della ricerca. Tali metamateriali vengono opportunamente accoppiati con sistemi elettrici esterni, spaziati periodicamente, schematizzabili mediante ammettenze equivalenti, aventi proprietà elettriche regolabili nel tempo. Di
conseguenza, anche le proprietà fisico-meccaniche del metamateriale stesso possono essere adeguatamente modulate nel tempo, al fine di progettare filtri, diodi acustici e/o guide d’onda iper-performanti, nonché mantelli e/o scudi (microstrutturati o realizzati con materiali a gradiente di funzionalità). Un controllo attivo della capacitanza equivalente del circuito elettrico esterno permette infatti un controllo ottimo della struttura a bande in frequenza del metamateriale e del trasporto di energia elastica in esso. In particolare, i mantelli, i quali hanno la funzione di ridurre il disturbo generato da possibili interferenze provocate da ostacoli o vuoti presenti sul fronte d’onda che propaga nel mezzo elastico, potranno essere adeguatamente modulati per adattarsi alla frequenza del fronte d’onda esterno. Una tale
modulazione potrà essere effettuata anche per gli scudi, progettati al fine di preservare dal danneggiamento determinate porzioni del sistema strutturale ritenute fragili smorzando l’onda acustica incidente. Lo stesso ragionamento è valido anche per i filtri, i diodi acustici e le guide d’onda, i quali hanno la funzione di filtrare, guidare e polarizzare in maniera attiva ed intelligente la propagazione di onde elastiche nel metamateriale, modulandone in questo modo anche il damping spaziale. Al fine di studiare e progettare tali metamateriali,
nel corso del presente progetto verranno sviluppati modelli teorici basati su tecniche di omogeneizzazione dinamica multicampo e non locale, ovvero tecniche perturbative del tipo WKB applicate allo studio del ray-tracing acustico. Una sperimentazione numerica finalizzata al progetto ottimo della microstruttura periodica del metamateriale completerà lo studio teorico, anche attraverso tecniche di ottimizzazione surrogata e di apprendimento automatico al fine di ridurne l’onere computazionale. Infine, sono previsti test sperimentali
dinamici allo scopo di validare le suddette formulazioni teoriche.
Referente scientifico: Dott.ssa Francesca Fantoni
Dipartimento di Ingegneria Civile, Architettura, Territorio, Ambiente e di Matematica
Costo totale del progetto: Euro 2.520,00
Finanziamento UNIBS da parte di GNAMPA: Euro 840,00