Numerische Simulationen des Wellenausbreitungsverhaltens in phononischen Zick-Zack-Gitterstrukturen mittels Spektrale-Elemente-Methoden

In den letzten Jahrzehnten hat der Bereich der Strukturdynamik im Ingenieurwesen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Beispielsweise muss bei der Planung von Bauwerken und Strukturen die Standsicherheit nicht nur hinsichtlich statischer sondern auch dynamischer Einwirkungen nachgewiesen werden. Dabei sind insbesondere steigende Anforderungen an neuartige Bauwerke und Strukturen im Ingenieurwesen zu nennen. Besonders streng sind die Grenzwerte im Bereich der Mikro- und Nanotechnologie, bei denen bereits Schwingungsamplituden von wenigen μm und sogar nm problematisch sein können. Aufgrund dieser steigenden Anforderungen wird an der Entwicklung neuartiger Materialien und Strukturen mit herausragenden elastodynamischen Eigenschaften geforscht.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den sogenannten phononischen Materialien und Strukturen, die sich durch eine periodische Anordnung von unterschiedlichen Materialien oder Geometrien auszeichnen. Diese periodischen Materialien oder Strukturen weisen bestimmte Frequenzbereiche auf, die in der Literatur häufig als Bandlücken oder Stop-Bänder bezeichnet werden, in denen sich akustische oder elastische Wellen nicht ausbreiten können. Aus diesem Grund sind phononische Materialien und Strukturen sehr vielversprechend für die Schall- und Schwingungsisolierung in zahlreichen ingenieurtechnischen Problemstellungen.