(Nanowerk Gündemi) Tüm mekanik sistemler, yapı süresince enerji iletiminin belirli naturel frekanslarda yükseldiği titreşim rezonansları sergiler. Bu rezonans tesiri, sistemin kütle ve rijitlik özelliklerinden meydana gelmektedir. Bu rezonans frekanslarında, minik titreşim girdileri bile büyük salınım hareketlerine yükseltilebilir. Mesela, bir evladı naturel frekansta salıncakta itmek, minimum çabayla büyük salınımlara neden olur.
Makine mühendisliği uygulamalarında, bu rezonanslar yıkıcı olabilir, çoğu zaman dayanılmaz gürültü ve titreşime ve hatta kırılgan ekipmanlarda yıkıcı arızalara niçin olabilir. Bu yüzden, rezonans frekanslarında amplifikasyonun sınırlandırılması, havacılıktan akustiğe kadar uzanan alanlarda bu zararı dokunan tesirleri azaltmak için oldukça önemlidir.
Geleneksel titreşim sönümleme çözümleri çoğu zaman sönümleme performansı, kütle ve sertlik içinde karmaşık bir değiş tokuşu ihtiva eder. Bu çözümler tipik olarak kütle ekleyebilen yada sertliği azaltabilen karmaşık mekanik yapılara yada elektrik sistemlerine dayanır ve bu da onları pek oldukça uygulama için uygun hale getirmez. Burkulma metamalzemeleri, ek kütleye yada sertlik yitirilmesine gerek kalmadan yüksek sönümleme performansı elde etmek için burkulma dengesizliklerini kullanarak bu sınırlamaların üstesinden gelir.
Kısa sürede gösterilen çığır açan bir araştırmaya gore, araştırmacılar aşırı titreşim sönümlemesi elde etmek için burkulma dengesizliklerinden yararlanan yeni bir mekanik metamalzeme sınıfı geliştirdiler. Gelişmiş Malzemeler (“Aşırı Titreşim Sönümleme için Bükülme Metamalzemeleri”). Bu “burkulma metamalzemeleri”, titreşimleri mevcut malzemelerden daha etkili bir halde sönümleyen ve titreşimleri denetim etmenin eleştiri olduğu oldukça çeşitli teknolojileri dönüştüren hafifçe yapılara olanak sağlayabilir.
Yeni metamalzemeler, titreşimleri sönümleyen doğrusal olmayan davranışları tetiklemek için birincil yük taşıyan bileşenlerinin burkulma dengesizliklerini kullanarak tamamen değişik bir yaklaşım benimsiyor. Amsterdam Üniversitesi’nden baş yazar David Dykstra, “Burkulma dengesizliklerine maruz kalan bağımsız yük taşıyan metamalzemelerin, titreşim iletimi üstünde katı sınırlar belirleyebildiğini, girdiden bağımsız olarak maksimum değerde doygunluk ivmesi sağlayabildiğini gösteriyoruz” dedi.
Araştırmacılar konsepti ilk olarak, daha yüksek titreşim genliklerinde sıkıştırma altında bükülen dairesel delikler desenine haiz bir polimerik meta araç-gereç kullanarak açıkladılar. Burkulmanın doğrusal olmama durumu, titreşim giriş genliğinden bağımsız olarak iletilen kuvvette bir platoya niçin olur. Ek olarak, hem sıkıştırma hem de çekme esnasında titreşim iletimini daha da bastıran sönümleme sağlar. Bu, bu malzemelerin birbirinden ayrılırken bile titreşimleri etkili bir halde denetim edebildiği anlamına gelir; bu, titreşim sönümleme alanında mühim bir gelişmedir.
Ekip, bu mekanizmanın elastomerik metamalzemelerdeki titreşimleri bir takım kontrollü ve rasgele giriş titreşiminde verimli bir halde sönümlediğini gösterdi. Sadece elastomerlerin naturel olarak düşük sertliği vardır ve bu da onları pek oldukça uygulama için kullanışsız hale getirir.
Böylece araştırmacılar, kavisli çelik levhalardan oluşan karmaşık bir kafes kullanarak metalik bir burkulma meta malzemesi geliştirmeye devam ettiler. İnce cidarlı tasarım, kalıcı deformasyon olmadan elastik burkulmaya izin verir. Titreşim altında yapı, enerjiyi dağıtan ani burkulma vakaları sergiler.
Çelik meta araç-gereç, geleneksel hafifçe metallerden ortalama 23 kat daha yüksek bir sönümleme katsayısı sergiledi. Ortak yazar Corentin Coulais’e gore, “Bu, burkulma meta malzemelerinin Ashby yitik katsayısı sınırlarını belirli modüle karşı aşmak için kullanılabileceğini gösteriyor.”
Emek harcama, konseptin hem yumuşak hem de sert malzemeler için çalıştığını göstermektedir. Deneysel çalışmaya ek olarak, araştırmacılar burkulmaya dayalı titreşim sönümlemenin tepkisini anlamak için kolay bir sayısal model geliştirdiler. Bu model, bu malzemelerin gelecekteki tasarımı ve optimizasyonu için kıymetli bir araçtır ve daha verimli ve etkili sönümleme sistemlerinin yolunu açar.
Burkulma meta malzemelerinin potansiyel uygulamaları geniş ve dönüştürücüdür. Mesela havacılık endüstrisinde, bu malzemeler daha hafifçe, titreşime daha dayanıklı tayyare yapılarını mümkün kılabilir. Daha ince, sönümlenmiş kanatlar yada kabinler, yapısal arızaları önleyerek yakıt verimliliğini, yolcu konforunu ve güvenliği artıracaktır.
Elektron mikroskopları benzer biçimde yüksek hassasiyetli bilimsel enstrümanların yapımcıları için malzemeler, sertlikten taviz vermeden görüntü doğruluğunu baltalayan parazit titreşimleri ortadan kaldırabilir. Yüksek sönümlemeli hafifçe yapıları, sürücüsüz otomobiller benzer biçimde dinamik ortamlarda ekipmanı dengeleyebilir.
Ek olarak, otomotiv sektörü, kabinleri sessizleştirmek ve ağırlık eklemeden sürüş standardını iyileştirmek için burkulma metamalzemelerini kullanabilir. Malzemelerin elastik kararlılığı, yorulmadan tekrarlanan titreşim döngülerine dayanabilecekleri anlamına gelir. İnce cidarlı mimarileri, daha kompakt sönümleme bileşenleri sağlayabilir.
Bulgular ek olarak rüzgar türbinleri ve köprü tasarımlarının optimize edilmesine destek olacaktır. Sönümleme kulesi ve güverte titreşimleri, hizmet ömrünü kısaltan araç-gereç yorgunluğunu ve rezonans sorunlarını önler. İnşaat mühendisleri artık daha uzun emek harcama ömürleri ile daha esnek altyapılar oluşturabilir.
Ve endüstriyel makine ve robotik kol üreticileri, hassasiyeti ve kaliteyi engellemiş olan salınımları azaltmak için meta malzemeleri entegre edebilir. Titreşimlerin ortadan kaldırılması, otomatikleştirilmiş fabrikalarda üretkenliği artıracaktır.
Potansiyel, akustik ve MEMS benzer biçimde alanlara da uzanmaktadır. Burkulma metamalzemeleri, rezonansları denetlemek için ergonomik araçları genişleterek, neredeyse tüm titreşime duyarlı uygulamalarda performansı dengelemek ve geliştirmek için esnek bir platform sağlar.
İle
Michael
Berger
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafınca hazırlanan üç kitabın yazarıdır: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny ve Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Bir Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen konuk katkıda bulunan grubumuza katılın. Bilimsel bir yazı yayınladınız mı yada nanoteknoloji topluluğuyla paylaşacağınız başka coşku verici gelişmeler mi var? nanowerk.com’da iyi mi yayınlayacağınız aşağıda açıklanmıştır.
Source: www.nanowerk.com