Gradient index lenses for focusing elastic flexural waves in a composite plate with a constant thickness
Lentilles à gradient d'indice de réfraction pour la focalisation d'ondes élastiques de flexion dans une plaque composite d'épaisseur constante
Résumé
Vibrational energy focusing is of great interest in fields such as energy harvesting. GRadient-INdex lenses (GRIN lenses) are systems in which a mechanical properties profile allows waves to propagate along curved paths to focus on a specific area. Different design strategies exist to obtain the gradient of properties that allow focusing. The strategy implemented here is based on the control of the fiber mass ratio of a unidirectional (UD) composite. Different manufacturing processes of UD composites with low fiber mass ratio were implemented and compared to select an efficient process adapted to lens manufacturing and with which the uncertainties are acceptable. Furthermore, in this design framework, we have demonstrated through a numerical model that for a frequency between 2 kHz and 8 kHz the lens allows to multiply by approximately 2.8 the amount of focused energy in the defined area.
La focalisation d'énergie vibratoire présente un intérêt certain dans les domaines tels que la récupération d'énergie. Les lentilles à gradient d'indice, « GRadient-INdex lens » (GRIN lens en anglais) sont des systèmes dans lesquels un profil de propriétés mécaniques permet aux ondes de se propager suivant des trajectoires courbes pour concentrer l'énergie vibratoire dans une zone définie. Différentes stratégies de conception existent afin obtenir le gradient de propriétés permettant de focaliser. La stratégie mise en oeuvre ici repose sur le pilotage du taux massique de fibres d'un composite unidirectionnel (UD). Différents procédés de fabrication de composite UD à faible taux massique de fibres ont été mis en oeuvre et comparés afin de sélectionner un procédé efficace adapté à la fabrication de la lentille et avec lequel les incertitudes sont acceptables. De plus dans ce cadre de conception, nous avons mis en évidence grâce à un modèle numérique le fait que pour une fréquence entre 2 kHz et 8 kHz la lentille permet de multiplier par environ 2.8 la quantité d'énergie focalisée dans la zone définie.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)