Projeto e Fabricação de Ressonadores Axissimétricos para Metadutos
Metamateriais mecânicos, Atenuação de vibrações, Dutos e tubulações, Manufatura aditiva, Quantificação de incertezas, Incerteza de fabricação.
Vibrações mecânicas excessivas em tubulações e dutos representam um desafio crítico de integridade estrutural na engenharia. Entre as estratégias de mitigação, os metamateriais mecânicos baseados no mecanismo de ressonância local destacam-se pela capacidade de atenuar a propagação de ondas flexurais em faixas de frequência específicas (bandgaps). Este trabalho
apresenta o desenvolvimento teórico, numérico e experimental de um metaduto composto por um duto acoplado periodicamente a ressonadores mecânicos axissimétricos com simetria cíclica tripla, fabricados por manufatura aditiva (FDM) em ABS. A geometria dos ressonadores — baseada em anéis concêntricos conectados por três hastes semicirculares — foi concebida
para assegurar um comportamento dinâmico translacional perfeitamente isótropo no plano, tornando a frequência de sintonia e a banda de atenuação independentes da polarização da onda ou da orientação angular de montagem. O comportamento dinâmico do ressonador foi formulado analiticamente a partir de parâmetros concentrados via integrais de Mohr e o teorema de Castigliano, e o acoplamento fluido-estrutura no metaduto foi modelado pelo Método dos Elementos Espectrais (SEM) com base nas equações de Euler-Bernoulli e Païdoussis. Ensaios modais experimentais por impacto comprovaram a formação nítida do bandgap em torno de $23\text{ Hz}$. A caracterização individual dos ressonadores revelou que a dispersão dimensional e mássica introduzida pela impressão 3D provocou uma quebra residual de isotropia negligenciável. Simulações estocásticas de Monte Carlo demonstraram que a resposta experimental permanece estritamente contida no envelope de probabilidade dados pelos percentis de 5\% e 95\%, mostrando que o projeto proposto possui elevada robustez dinâmica frente às incertezas de manufatura e que variações aleatórias não intencionais de fabricação têm impacto reduzido sobre a largura de banda do metamaterial.