Caracterização do perfil de parede para análise do efeito da rugosidade no desempenho de metamateriais acústicos

Abstract

O ruído representa um grave problema na sociedade moderna, dado que o funcionamento de equipamentos, máquinas e veículos gera desconforto e impacta negativamente a saúde e a qualidade de vida da população. A atenuação dessas emissões sonoras é um desafio complexo, especialmente em baixas frequências, onde os materiais absorventes porosos convencionais tornam-se inviáveis devido à necessidade de espessuras equivalentes ao comprimento de onda. Frente a essa problemática, têm surgido nos últimos anos diversas pesquisas sobre metamateriais acústicos — estruturas baseadas no arranjo de células unitárias que apresentam propriedades inéditas, como alta absorção em baixas frequências com dimensões reduzidas. Nesse contexto, este trabalho propõe caracterizar a influência da rugosidade superficial em um metamaterial acústico labiríntico com cinco canais enrolados, fabricado por impressão 3D via modelagem por extrusão (FDM). A investigação, delimitada na faixa frequencial de 100 a 600 Hz, é fundamentada em três metodologias: analítica, numérica e experimental. O modelo analítico baseia-se na formulação a parâmetros concentrados (Lumped) utilizando o software comercial MATLAB. A abordagem numérica engloba a modelagem geométrica no software comercial SolidWorks e a simulação por elementos finitos (MEF) no software comercial COMSOL versão 6.1. Por fim, a validação experimental é realizada por meio de ensaios normativos (ISO 10534-2) em tubo de impedância utilizando protótipos impressos com cinco células acopladas. Os resultados demonstram que a rugosidade superficial da microperfuração do metamaterial, em conjunto com os parâmetros dimensionais do modelo, altera de forma relevante o comportamento de absorção sonora. Além disso, constatou-se que a orientação e as configurações de impressão influenciam diretamente na magnitude da rugosidade inerente ao processo de fabricação.