Wave control and rainbow trapping via graded elastic waveguides

This thesis deals with wave propagation in periodic and graded structures, with focus on systems with spatially varying properties as a method to slow down waves. This is accomplished in the context of undulated and stubbed structures, which share a similar wave propagation behavior. As a periodic structure, undulated beams have coupling effect between axial and transversal vibration, which yields frequency bands in which wave propagation is not allowed. Gradually varying the undulation amplitude allows to decrease the wave propagation speed for axial excitation in a way that axial waves approach the velocity of transversal waves, enhancing the possibility of energy harvesting in a given time interval. The concept is also studied numerically and experimentally through the implementation of a non-symmetric beam with magnetically connected stubs, in which the stub dimension is gradually varied in space.

Questa tesi si occupa della propagazione delle onde in strutture periodiche e graduate, con particolare attenzione ai sistemi con proprietà spazialmente variabili come metodo per rallentare le onde. Ciò si ottiene nel contesto di strutture ondulate e stub, che condividono un comportamento di propagazione delle onde simile. In quanto struttura periodica, le travi ondulated hanno un effetto di accoppiamento tra vibrazione assiale e trasversale, che produce bande di frequenza in cui non è consentita la propagazione delle onde. La variazione graduale dell'ampiezza dell'ondulazione consente di diminuire la velocità di propagazione dell'onda per l'eccitazione assiale, in modo che le onde assiali si avvicinino alla velocità delle onde trasversali, aumentando la possibilità di raccolta di energia in un determinato intervallo di tempo. Il concetto è studiato una trave numericamente e sperimentalmente attraverso l'implementazione di asimmetrice con stub connessi magneticamente, in cui la dimensione dello stub viene gradualmente variata nello spazio.