Resumo: O projeto de estruturas para atenuação sonora é um ramo relevante da engenharia, sendo de fundamental importância para a promoção do bem-estar das pessoas, principalmente após a industrialização. Em grande parte das aplicações, cavidades internas a paredes de edifícios, aviões, automóveis ou trens, por exemplo, são totalmente preenchidas com materiais porosos, visando o aumento da dissipação de energia sonora no interior dos poros. No entanto, essa abordagem nem sempre é a solução mais eficaz, já que a maioria desses meios atenua o som principalmente em altas frequências. Ademais, o desenvolvimento de algoritmos de otimização topológica vem recebendo muita atenção nos setores acadêmico e industrial, uma vez que a grande parte das estruturas otimizadas são altamente eficazes, apresentando design contra-intuitivo e arquitetura instigante. A reestruturação completa do domínio de projeto inicial ao longo da maximização ou minimização de alguma função específica, respeitando restrições, é um dos aspectos mais interessantes de tais abordagens. Com base nisso, este trabalho detalha uma nova metodologia de otimização topológica acústica com aplicações no projeto de sistemas de isolação sonora compostos por materiais rígidos, pororígidos (ou fluido equivalente), elásticos e poroelásticos. Várias extensões para a abordagem Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) são propostas, a fim de levar em conta as particularidades das composições elasto-poroelasto-acústicas e rígido-pororígido-acústicas aqui investigadas. A metodologia proposta utiliza o método dos elementos finitos em todos os procedimentos numéricos, enquanto considera novos esquemas de interpolação material nas otimizações bifásicas e multifásicas. Neste último cenário, as equações de Helmholtz e de Biot são consideradas, dependendo da aplicação. Funções objetivo como nível de pressão sonora, coeficiente de absorção, perda de transmissão e potências dissipadas são aqui tratadas, respectivamente, no projeto de metassuperfícies rígido-acústicas, sistemas poro-acústicos, silenciadores multi-câmaras e sistemas fechados de atenuação sonora. Vários exemplos bidimensionais são apresentados e amplamente discutidos Ver menos

Abstract: The design of structures for sound attenuation is a relevant engineering branch, as it is of fundamental importance for the promotion of people's well-being, especially after industrialization. In the majority of applications, cavities inside walls of buildings, airplanes, automobiles or trains, for example, are fully filled with porous materials, aiming at the increase of sound energy dissipation inside the pores. However, this approach may not always be the most effective solution, as much of these medium attenuate sound mainly at high frequencies. In addition to this, the development of topology optimization algorithms has been receiving a lot of attention in the academic and industrial sectors, since many designs are highly effective, counter-intuitive and architecturally exciting. The complete restructuring of the initial design domain to maximize or minimize some specific function, while respecting constraints, is one of the mainly interesting aspects of these approaches. On that basis, this work details a new acoustic topology optimization methodology with applications on the design of soundproof systems composed of rigid, pororigid (or equivalent fluid), elastic and poroelastic materials. Several extensions to the Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) approach are proposed, in order to account for the particularities of the elastic-poroelastic-acoustic and rigid-pororigid-acoustic investigated compositions. The proposed methodology uses the Finite Element Method (FEM) along all numerical procedures, while establishes new material interpolation schemes in the biphase and multiphase optimizations. In the later, Helmholtz and Biot's expressions are considered, depending on the application. Objective functions such as Sound Pressure Level (SPL), absorption coefficient, Transmission Loss (TL) and Dissipated Power Levels are here treated in the design of acoustic-rigid metasurfaces, poro-acoustic systems, multi-chamber mufflers and closed-space structures for sound attenuation, respectively. Several bidimensional examples are presented and thoroughly discussed Ver menos