مطالعه تحلیلی و عددی تنظیم باندگپ وابسته به دامنه در یک متامتریال آکوستیکی غیرخطی یکبعدی تحت جریان همرفتی
پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1065-ISAV2025 (R2)
نویسندگان
دانشگاه جهرم هیات علمی
چکیده
این مقاله رفتار باندگپ وابسته به دامنه را در یک متامتریال آکوستیکی غیرخطی یک بعدی بررسی میکند که از رزوناتورهای جرم–فنر با سختی مکعبی تشکیل شده و در محیط سیالی با جریان همرفتی میانگین قرار دارد.
با استفاده از نظریه اختلال و روش تعادل هارمونیک، یک رابطه پراکندگی تحلیلی بسته بهدست آمده است که نشان میدهد هر دو لبه پایین و بالای باندگپ بهصورت مربعی با دامنه تحریک به سمت بالا جابهجا میشوند (Δω ∝ A²).
جریان همرفتی یک ترم شبهداپلری ایجاد میکند که اعوجاج غیرخطی را شتاب میدهد و دامنه مؤثر را در مسیر انتشار افزایش میدهد.
شبیهسازیهای با نرم افزار MATLAB پیشبینیهای تحلیلی را با خطای نسبی تنها ۳.۲۸٪ تأیید میکنند.
در دامنه نرمالشده A = ۰.۹، لبه پایین باندگپ ۵.۹٪ به سمت بالا جابهجا میشود، در حالی که عرض باندگپ تقریباً ثابت میماند.
جریان همرفتی با عدد ماخ ۰.۳، فاصله اعوجاج غیرخطی را ۳۰٪ کاهش میدهد و مکانیسم تنظیم تقویتشده توسط جریان را تأیید میکند.
نتایج، پایهای نظری و عددی برای متامتریالهای تطبیقی با جریان فراهم میکنند که برای کنترل نویز آکوستیکی در سامانههایی مانند موتورهای هواپیما و توربینهای بادی مناسب هستند.
کلیدواژهها: متامتریالهای آکوستیکی غیرخطی؛ باندگپ وابسته به دامنه؛ جریان همرفتی؛ روش اختلال؛ شبیهسازی MATLAB.
با استفاده از نظریه اختلال و روش تعادل هارمونیک، یک رابطه پراکندگی تحلیلی بسته بهدست آمده است که نشان میدهد هر دو لبه پایین و بالای باندگپ بهصورت مربعی با دامنه تحریک به سمت بالا جابهجا میشوند (Δω ∝ A²).
جریان همرفتی یک ترم شبهداپلری ایجاد میکند که اعوجاج غیرخطی را شتاب میدهد و دامنه مؤثر را در مسیر انتشار افزایش میدهد.
شبیهسازیهای با نرم افزار MATLAB پیشبینیهای تحلیلی را با خطای نسبی تنها ۳.۲۸٪ تأیید میکنند.
در دامنه نرمالشده A = ۰.۹، لبه پایین باندگپ ۵.۹٪ به سمت بالا جابهجا میشود، در حالی که عرض باندگپ تقریباً ثابت میماند.
جریان همرفتی با عدد ماخ ۰.۳، فاصله اعوجاج غیرخطی را ۳۰٪ کاهش میدهد و مکانیسم تنظیم تقویتشده توسط جریان را تأیید میکند.
نتایج، پایهای نظری و عددی برای متامتریالهای تطبیقی با جریان فراهم میکنند که برای کنترل نویز آکوستیکی در سامانههایی مانند موتورهای هواپیما و توربینهای بادی مناسب هستند.
کلیدواژهها: متامتریالهای آکوستیکی غیرخطی؛ باندگپ وابسته به دامنه؛ جریان همرفتی؛ روش اختلال؛ شبیهسازی MATLAB.
کلیدواژه ها
Title
ANALYTICAL AND NUMERICAL STUDY OF AMPLITUDE-DEPENDENT BANDGAP TUNING IN
A 1D NONLINEAR ACOUSTIC METAMATERIAL UNDER CONVECTIVE FLOW
Authors
mohammad mehdi sadeghi
Abstract
This paper investigates amplitude-dependent bandgap (ADB) behavior in a one-dimensional nonlinear acoustic metamaterial (NAM) composed of mass–spring resonators with cubic stiffness embedded in a fluid medium under mean convective flow. Using perturbation theory and harmonic balance, a closed-form analytical dispersion relation is derived, showing that both lower and upper bandgap edges shift upward quadratically with excitation amplitude (Δω ∝ A²). Convective flow introduces a Doppler-like term that accelerates nonlinear distortion and enhances effective amplitude along propagation. Simulationsusing MATLAB coding confirm analytical predictions with only 3.28% relative error. At normalized amplitude A = 0.9, the lower bandgap edge shifts upward by 5.9%, while the bandgap width remains nearly constant. Convective flow at Mach 0.3 shortens the nonlinear distortion distance by 30%, confirming the flow-enhanced tuning mechanism. The results provide a theoretical and numerical foundation for flow-adaptive metamaterials suitable for aeroacoustic noise control in systems such as aircraft engines and wind turbines.
Keywords
nonlinear acoustic metamaterials, amplitude-dependent bandgap, convective flow, perturbation method, MATLAB simulation