Een ander soort ontwerp voor het absorberen van trillingen zou kunnen helpen om muren beter geluiddicht te maken en voertuigen meer gestroomlijnd te maken, blijkt uit een nieuwe studie.

De studie testte hoe goed ingebouwde resonatoren met trillingen omgingen onder verschillende scenario's. Resonatoren zijn apparaten die helpen bij het beheren van trillingen - sommige voertuigen hebben ze om het geluid van de uitlaatdemper van een auto te beperken, en sommige bruggen en gebouwen gebruiken ze om geluid en beweging van die constructies te beperken. Resonatoren gebruiken veerachtige oscillatie om trillingen te beheersen en te veranderen - sommige absorberen en neutraliseren ze, anderen versterken en leiden ze naar specifieke plaatsen. (De kamer in een akoestische gitaar is een resonator, bijvoorbeeld.)

Eerdere studies hebben onderzocht hoe resonatoren kunnen worden gebruikt om geluid te beheersen dat door muren gaat of om de trillingen van bewegende voertuigen te verminderen. Die studies waren gericht op het toevoegen van een resonator aan een bestaande structuur of voertuigonderdeel. Maar uit deze studie bleek dat het rechtstreeks in de muur of voertuigmateriaal snijden van resonatoren de trillingen onderdrukt die zich konden verspreiden.

"We wilden een ontwerp maken en testen dat trillingen zou verminderen, " zei Ryan Harne, senior auteur van de paper en voormalig universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan de Ohio State University. "Trillingen zijn een integraal onderdeel van veel problemen in de techniek, zowel in hoe we gebouwen bouwen als in hoe we betere vliegtuigen en andere voertuigen maken."

Harne, die een adjunct-functie bekleedt in de staat Ohio, is sindsdien toegetreden tot de faculteit aan de Penn State University. De experimenten voor deze studie werden uitgevoerd in zijn voormalige laboratorium in de staat Ohio. Dat lab bevat apparatuur waarmee onderzoekers de kracht en frequentie van trillingen kunnen controleren tijdens wetenschappelijke experimenten.

Voor deze studie is Harne en voormalig promovendus Sih-Ling Yeh, Ohio State, hoofdauteur van de studie, snij resonatoren in rechthoekige acrylplaten. hun studie, gepubliceerd in het nummer van oktober 2021 van het tijdschrift Dunwandige structuren , was de eerste die nadacht wat er zou gebeuren als resonatoren rechtstreeks in een materiaal werden gesneden, in plaats van later toegevoegd.

De studie vergeleek de ingekapselde resonatoren niet rechtstreeks met de resonatoren die werden toegevoegd. Harne zei dat inschakelresonatoren meer gestroomlijnd zijn dan de resonatoren die worden toegevoegd en betere opties zouden zijn voor toepassingen waar ruimte van belang is - bij de constructie van een vliegtuig of een muur, bijvoorbeeld.

De onderzoekers hielden de platen op hun plaats met behulp van verschillende mechanismen - sommige werden stevig vastgeklemd, sommigen werden in de lucht gesuspendeerd, en sommige werden opgehouden door steunen. Vervolgens gebruikten ze een gemechaniseerde hamer om op de platen te slaan en maten ze de kracht van de trillingen die door elke plaat werden gecreëerd na de impact van de hamer. Ze hielden één bord ongewijzigd als controle.

Ze ontdekten dat trillingen verder reisden op de ongewijzigde platen dan op die met ingebouwde resonatoren. de resonatoren, hun experimenten toonden aan, hielp de platen buigen en absorberen de trillingen van de hamer.

De experimenten zijn gebouwd om een ​​ontwerp te testen dat meerdere toepassingen in de echte wereld kan hebben en kan worden gebruikt om muren geluiddicht te maken, maar kan ook worden gebruikt om vliegtuigframes te bouwen die automatisch het geluid verminderen dat de cabine binnenkomt.

"Je kunt je een sandwichachtige constructie voorstellen, waar je een lichtgewicht paneel met ingebouwde resonator tussen twee panelen van gipsplaat plaatst, of leg het in de muren van een vliegtuig, "Zei Harne. "En je zou dit kunnen gebruiken om de trillingen van het hele systeem te verminderen zonder de aerodynamica of efficiëntie te verminderen, omdat massa wordt geëlimineerd. Het regelt die vibratie, en trillingen beïnvloeden wat we horen, en het beïnvloedt hoe gestroomlijnd een vliegtuig of een auto is."

De resonatoren waren ook in staat om trillingen te absorberen, ongeacht hoe de platen op hun plaats werden gehouden, iets dat Harne verbaasde, die al jaren trillingen en frequenties bestudeert.

"Ik was ook verbaasd over hoe effectief dit was, omdat we geen massa aan de platen toevoegen - meestal, resonatoren worden achteraf toegevoegd, "Zei Harne. "Maar hier, dat hebben we laten zien door ze in te bouwen, je kunt een nog betere vibratiecontrole bereiken."