Materiały o wyjątkowych właściwościach
Metamateriały fononowe
Metamateriały fononiczne (PMM) to sztucznie opracowane materiały, których wewnętrzna struktura jest celowo zaprojektowana tak, aby wpływać na rozprzestrzenianie się fal mechanicznych. Dzięki temu możliwe jest znaczne ograniczenie drgań i hałasu strukturalnego w określonych zakresach częstotliwości, przy jednoczesnym zachowaniu niewielkiej masy. Te właściwości sprawiają, że PMM stanowią obiecującą technologię dla przyszłych lekkich konstrukcji w przemyśle lotniczym.
Projekt badawczy PhonoFluBa, realizowany w ramach programu badań lotniczych LuFo VII-1, ma stanowić decydujący krok na drodze do przemysłowego wykorzystania tych materiałów. Celem jest opracowanie nowych metod obliczeń numerycznych, które umożliwią ukierunkowane projektowanie metamateriałów fononicznych pod kątem konkretnych zastosowań w budowie samolotów. W ten sposób czasochłonne cykle rozwojowe, obejmujące liczne prototypy fizyczne, mają w przyszłości zostać w znacznym stopniu zastąpione procesami rozwojowymi opartymi na symulacjach.
Cel projektu i sposób postępowania
Większy komfort podróży w samolotach
Głównym celem projektu konsorcjalnego jest opracowanie spójnej metodologii symulacji elementów konstrukcyjnych wykonanych z metamateriałów fononicznych. W tym celu połączono ze sobą dwie innowacyjne metody numeryczne. Dzięki połączeniu obu metod po raz pierwszy możliwe będzie komputerowe projektowanie elementów z metamateriałów fononicznych (PMM), które będą dokładnie dostosowane do wymagań wibroakustycznych przyszłych konstrukcji lotniczych. Opracowane metody zostaną następnie zweryfikowane eksperymentalnie na podstawie rzeczywistego prototypu elementu.
-
Metoda spektralno-elementowa (SEM)
SEM do wydajnego obliczania rozprzestrzeniania się fal w złożonych strukturach metamateriałowych
-
optymalizacja topologii odwrotnej (ITO)
Metoda ITO służąca do ukierunkowanego kształtowania wewnętrznej struktury materiału
Współpraca w ramach sieci
Partnerzy projektu: Novicos GmbH oraz HAW Hamburg (adaptronika i dynamika struktur)
Podczas gdy firma Novicos zajmuje się opracowaniem metody elementów spektralnych, a także jej praktycznym zastosowaniem i eksperymentalną walidacją, HAW Hamburg opracowuje nowe metody odwrotnej optymalizacji topologicznej służące do zautomatyzowanego projektowania metamateriałów fononicznych. W ten sposób wspólnie powstaje spójne środowisko projektowe dla przyszłych komponentów PMM w przemyśle lotniczym.
Główne obszary działalności
Prace projektowe podzielone są na sześć wzajemnie uzupełniających się obszarów tematycznych. W ten sposób powstaje kompletny łańcuch projektowy, od wymagań, poprzez obliczenia numeryczne, aż po weryfikację pomiarową.
1. Określenie wymagań
Określenie wymagań specyficznych dla lotnictwa oraz wybór odpowiednich komponentów demonstratora
2. Systematyka projektowania
Opracowanie systemu projektowania metamateriałów fononicznych
3. Fizyczne modele odniesienia
Tworzenie fizycznych modeli referencyjnych w oparciu o konwencjonalne metody elementów skończonych
4. Połączenie metod SEM i FEM
Opracowanie i wdrożenie metody elementów spektralnych, w tym jej sprzężenie z metodą elementów skończonych
5. Optymalizacja topologii odwrotnej
Włączenie odwrotnej optymalizacji topologicznej do automatycznego projektowania materiałowego
6. Walidacja eksperymentalna
Weryfikacja eksperymentalna opracowanych metod na przykładzie składnika próbki
Korzyści dla lotnictwa
Wraz z konsorcjum wysokiej klasy przedstawicieli przemysłu i nauki pracowaliśmy nad pionierskimi metodami zapewniania jakości:
Metamateriały fononiczne mogą przyczynić się do zaprojektowania przyszłych konstrukcji samolotowych, które będą lżejsze, a jednocześnie mniej podatne na drgania. Pozwoli to poprawić zarówno komfort akustyczny w kabinie, jak i właściwości konstrukcyjne samolotu.
Metody symulacyjne opracowane w ramach projektu mają znacznie przyspieszyć prace nad takimi materiałami oraz znacznie zmniejszyć liczbę kosztownych prototypów fizycznych. W dłuższej perspektywie wyniki te mogą przyczynić się do bardziej zrównoważonego rozwoju lotnictwa, a jednocześnie wzmocnić konkurencyjność Niemiec jako ośrodka lotniczego.
Osoba kontaktowa
Chętnie odpowiem na Państwa pytania oraz udzielę dalszych informacji dotyczących realizacji programu PhonoFluBa.
Dr Thorben Schröder
Dalsze szczegóły
Na LinkedIn na bieżąco dzielimy się informacjami o postępach i sukcesach projektów badawczych, takich jak PhonoFluBa. Obserwuj nas, aby otrzymywać najnowsze informacje i dowiedzieć się, jak uczenie maszynowe rewolucjonizuje przemysł produkcyjny.
Novicos na LinkedIn