Metamateriais Reticulados Inteligentes para Controle Adaptativo de Vibrações: Influência de Massas Adicionadas, Ressonadores e Circuitos Piezelétricos do Tipo Shunt
Metamateriais reticulados; Atenuação de vibrações; Método dos Elementos Finitos; Teorema de Bloch; Circuitos shunt piezelétricos; Band gaps; Diagramas de dispersão.
Metamateriais reticulados (lattice metamaterials), compostos por células unitárias organizadas periodicamente, apresentam propriedades mecânicas ajustáveis e elevada capacidade de manipulação de ondas, incluindo a formação de band gaps e a atenuação de vibrações. Nesse contexto, a incorporação de materiais inteligentes, especialmente elementos piezoelétricos acoplados a circuitos shunt, surge como uma alternativa promissora para o controle passivo e adaptativo de vibrações por meio do acoplamento eletromecânico. Este trabalho propõe e avalia estratégias de controle vibracional em metamateriais reticulados, resultantes da combinação de arquiteturas periódicas, mecanismos localmente ressonantes e elementos piezelétricos. Foram investigados reticulados quadrados e hexagonais (honeycomb) contendo massas pontuais, ressonadores acoplados e elementos piezoelétricos integrados. A modelagem numérica foi desenvolvida com base no Método dos Elementos Finitos (MEF) e no teorema de Bloch, e validada com base em resultados disponíveis na literatura e em softwares comerciais. O comportamento dinâmico das células unitárias foi analisado por meio de curvas de dispersão, transmissibilidade e diagramas de isofrequência, o que permitiu identificar características de propagação direcional. Os resultados mostram que, embora reticulados quadrados e hexagonais apresentem tendências semelhantes de band gaps, suas configurações geométricas influenciam significativamente a propagação de ondas e o comportamento anisotrópico. Além disso, massas pontuais alteram predominantemente as propriedades inerciais, ressonadores locais favorecem a formação de bandas de rejeição subcomprimento de onda, e circuitos shunt passivos associados a elementos viga-PZT ampliam regiões de atenuação dependentes da frequência de sintonia e da interação eletromecânica. Conclui-se que a integração de mecanismos localmente ressonantes e de circuitos shunt passivos em estruturas periódicas constitui uma estratégia eficiente e ajustável para a supressão de vibrações.