Využití metamateriálů a metapovrchů v akustice je nesmírně zajímavé. Tyto materiály mohou neočekávaným způsobem ovlivňovat šíření akustického vlnění, což lze využít například k potlačování hluku nebo k vytváření ultrazvukových filtrů. Metapovrch lze vytvořit například pomocí piezoelektrické vrstvy, která je připojena k elektrickému obvodu. Cílem práce je naučit se numericky simulovat akustické metapovrchy a snažit se předpovídat jejich fyzikální vlastnosti za různých elektrických okrajových podmínek.
Tato práce popisuje postup při modelování jednoduchých akustických systémů. Popisuje základy akustiky, piezoelektřiny, princip využití numerických metod a zaměřuje se na použití programu OnScale. Porovnává výsledky simulací bez použití piezoelektrické vrstvy proti výsledkům, kdy byla piezoelektrická vrstva připojena k modelu. Poté porovnává systémy, ve kterých byla piezoelektrická vrstva uzemněna, a systémy, ve kterých nebyla.
Anotace v angličtině
Use of metamaterials and metasurfaces in acoustics is very interesting. These materials can unexpectedly change transmission of acoustic waves, which can be used for noise supression or for creation of ultrasound filters. A metasurface can be created by piezoelectric layer, which is connected to electrical circuit. The goal of this Thesis is to learn how to numerically simulate acoustic metasurfaces and try to predict their physical properties in different elecrical boundary conditions. This Thesis describes a process of modeling simple acoustic systems. It describes the basics of acoustics, piezoelectricity, principle of using numerical methods and is focused on the use of OnScale software. It compares the results of simulations without the use of piezoelectric layer against results, in which the layer was used. This Thesis then compares systems, in which was the piezoelectric layer grounded, and systems, in which it was not.
Využití metamateriálů a metapovrchů v akustice je nesmírně zajímavé. Tyto materiály mohou neočekávaným způsobem ovlivňovat šíření akustického vlnění, což lze využít například k potlačování hluku nebo k vytváření ultrazvukových filtrů. Metapovrch lze vytvořit například pomocí piezoelektrické vrstvy, která je připojena k elektrickému obvodu. Cílem práce je naučit se numericky simulovat akustické metapovrchy a snažit se předpovídat jejich fyzikální vlastnosti za různých elektrických okrajových podmínek.
Tato práce popisuje postup při modelování jednoduchých akustických systémů. Popisuje základy akustiky, piezoelektřiny, princip využití numerických metod a zaměřuje se na použití programu OnScale. Porovnává výsledky simulací bez použití piezoelektrické vrstvy proti výsledkům, kdy byla piezoelektrická vrstva připojena k modelu. Poté porovnává systémy, ve kterých byla piezoelektrická vrstva uzemněna, a systémy, ve kterých nebyla.
Anotace v angličtině
Use of metamaterials and metasurfaces in acoustics is very interesting. These materials can unexpectedly change transmission of acoustic waves, which can be used for noise supression or for creation of ultrasound filters. A metasurface can be created by piezoelectric layer, which is connected to electrical circuit. The goal of this Thesis is to learn how to numerically simulate acoustic metasurfaces and try to predict their physical properties in different elecrical boundary conditions. This Thesis describes a process of modeling simple acoustic systems. It describes the basics of acoustics, piezoelectricity, principle of using numerical methods and is focused on the use of OnScale software. It compares the results of simulations without the use of piezoelectric layer against results, in which the layer was used. This Thesis then compares systems, in which was the piezoelectric layer grounded, and systems, in which it was not.
Seznamte se základními principy interakce chvějících se povrchů pružných těles s akustickým polem a se základními principy šíření zvuku ve vzduchu, seznamte se se základními materiálovými vlastnostmi piezoelektrických materiálů, seznamte se s definicí základních akustických parametrů akustických soustav [1, 2].
Seznamte se základními principy formulování fyzikálních problémů jako okrajových úloh pro parciální diferenciální rovnice, seznamte se se základní představou o okrajových podmínkách pro parciální diferenciální rovnice [3].
Seznamte se se základními principy numerického řešení okrajových úloh pomocí metody konečných prvků [4]. Seznamte se s vhodným softwarovým nástrojem pro numerické řešení okrajových úloh pomocí metody konečných prvků.
Navrhněte jednoduchý akusto-mechanický systém, ve kterém mechanická struktura interaguje s akustickým polem.
Implementujte navržený systém ve zvoleném softwarovém nástroji pro numerické modelování pomocí metody konečných prvků.
Pomocí vytvořeného numerického modelu akusto-mechanického systému proveďte analýzu základních akustických parametrů navrženého systému.
Zásady pro vypracování
Seznamte se základními principy interakce chvějících se povrchů pružných těles s akustickým polem a se základními principy šíření zvuku ve vzduchu, seznamte se se základními materiálovými vlastnostmi piezoelektrických materiálů, seznamte se s definicí základních akustických parametrů akustických soustav [1, 2].
Seznamte se základními principy formulování fyzikálních problémů jako okrajových úloh pro parciální diferenciální rovnice, seznamte se se základní představou o okrajových podmínkách pro parciální diferenciální rovnice [3].
Seznamte se se základními principy numerického řešení okrajových úloh pomocí metody konečných prvků [4]. Seznamte se s vhodným softwarovým nástrojem pro numerické řešení okrajových úloh pomocí metody konečných prvků.
Navrhněte jednoduchý akusto-mechanický systém, ve kterém mechanická struktura interaguje s akustickým polem.
Implementujte navržený systém ve zvoleném softwarovém nástroji pro numerické modelování pomocí metody konečných prvků.
Pomocí vytvořeného numerického modelu akusto-mechanického systému proveďte analýzu základních akustických parametrů navrženého systému.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
{ŠKVOR, Zdeněk. Akustika a elektroakustika. Prague: Academia, 2001. ISBN 80-200-0461-0.
{ERHART, Jiří, Martin PUSTKA a Petr PŮLPÁN, ed. Aplikace piezoelektrických prvků v mechanických a akustických soustavách. Liberec: VÚTS, a.s., 2015.
{MÍKA, Stanislav a Alois KUFNER. Parciální diferenciální rovnice I - Stacionární rovnice. Praha: SNTL, 1983.
{REKTORYS, Karel. Variační metody v inženýrských problémech a v problémech matematické fyziky. Vyd. 6., opravené. české 2. Praha: Academia, 1999. Česká matice technická, Roč. 104, 1999, Čís. spisu 472. ISBN 978-80-200-0714-8.
Seznam doporučené literatury
\renewcommand{\labelenumi}{[\arabic{enumi}]}
{ŠKVOR, Zdeněk. Akustika a elektroakustika. Prague: Academia, 2001. ISBN 80-200-0461-0.
{ERHART, Jiří, Martin PUSTKA a Petr PŮLPÁN, ed. Aplikace piezoelektrických prvků v mechanických a akustických soustavách. Liberec: VÚTS, a.s., 2015.
{MÍKA, Stanislav a Alois KUFNER. Parciální diferenciální rovnice I - Stacionární rovnice. Praha: SNTL, 1983.
{REKTORYS, Karel. Variační metody v inženýrských problémech a v problémech matematické fyziky. Vyd. 6., opravené. české 2. Praha: Academia, 1999. Česká matice technická, Roč. 104, 1999, Čís. spisu 472. ISBN 978-80-200-0714-8.
Přílohy volně vložené
žádné
Přílohy vázané v práci
ilustrace, grafy, tabulky
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.