En annan typ av design för att absorbera vibrationer kan hjälpa bättre ljudisolerade väggar och göra fordon mer strömlinjeformade, visar en ny studie.

Studien testade hur väl inbyggda resonatorer hanterade vibrationer under olika scenarier. Resonatorer är enheter som hjälper till att hantera vibrationer - vissa fordon har dem för att begränsa ljudet från en bils ljuddämpare, och vissa broar och byggnader använder dem för att begränsa buller och rörelse från dessa strukturer. Resonatorer använder fjäderliknande svängningar för att styra och ändra vibrationer-vissa absorberar och neutraliserar dem, andra förstärker och leder dem till specifika platser. (Kammaren inuti en akustisk gitarr är en resonator, till exempel.)

Tidigare studier har undersökt hur man använder resonatorer för att styra ljud som passerar genom väggar eller för att minska vibrationer i rörliga fordon. Dessa studier har fokuserat på att lägga till en resonator till en befintlig struktur eller fordonsdel. Men denna studie fann att skärning av resonatorer direkt i väggen eller fordonsmaterial undertryckte vibrationerna som kunde spridas.

"Vi ville skapa och testa en design som skulle minska vibrationer, "sa Ryan Harne, seniorförfattare till tidningen och tidigare docent i maskinteknik vid Ohio State University. "Vibration är en integrerad del av många problem inom teknik, både i hur vi bygger byggnader och i hur vi gör bättre flygplan och andra fordon. "

Harne, som har en adjungerad position i Ohio State, har sedan anslutit sig till fakulteten vid Penn State University. Experimenten för denna studie utfördes i hans tidigare laboratorium i Ohio State. Det labbet innehåller utrustning som låter forskare styra kraften och frekvensen av vibrationer under vetenskapliga experiment.

För denna studie, Harne och tidigare Ohio State doktorand Sih-Ling Yeh, huvudförfattare till studien, skär resonatorer i rektangulära akrylplattor. Deras studie, publicerad i tidningen oktober 2021 Tunnväggiga strukturer , var den första att överväga vad som kan hända om resonatorer skärs direkt i ett material, snarare än att läggas till senare.

Studien jämförde inte direkt inskurna resonatorer med de som läggs till. Harne sa att inskärningsresonatorer är mer strömlinjeformade än de som läggs till och skulle vara bättre alternativ för applikationer där rymden spelar roll-i konstruktionen av ett flygplan eller en vägg, till exempel.

Forskarna höll plattorna på plats med olika mekanismer - vissa klämdes fast ordentligt, några hängde i luften, och några hölls upp av stöd. Sedan använde de en mekaniserad hammare för att slå plattorna och mätte kraften i vibrationerna som skapades av varje platta efter hammarens slag. De höll en platta oförändrad som kontroll.

De fann att vibrationer färdades längre på de oförändrade plattorna än på de med inbyggda resonatorer. Resonatorerna, deras experiment visade, hjälpte plattorna att böja och absorbera vibrationerna från hammaren.

Experimenten byggdes för att testa en design som kan ha flera verkliga applikationer och användas för ljudisolerade väggar, men kan också användas för att bygga flygplansramar som automatiskt minskar ljudet som kommer in i kabinen.

"Du kan tänka dig en smörgåsliknande konstruktion, där du lägger en lätt panel med en inbyggd resonator mellan två paneler av plåt, eller lägg den innanför väggarna i ett flygplan, "Harne sa." Och du kan använda detta för att minska vibrationer i hela systemet utan att minska aerodynamiken eller effektiviteten eftersom massan elimineras. Den styr den vibrationen, och vibrationer påverkar det vi hör, och det påverkar hur strömlinjeformat ett flygplan eller en bil är. "

Resonatorerna kunde också absorbera vibrationer oavsett hur plattorna hölls på plats, något som förvånade Harne, som har studerat vibrationer och frekvenser i åratal.

"Jag blev också förvånad över hur effektivt detta var eftersom vi inte lägger till massa på tallrikarna - vanligtvis resonatorer läggs till efter det faktum, "Harne sa." Men här, vi visade att genom att bygga in dem, du kan uppnå ännu bättre vibrationskontroll. "