Разработка метаматериалов для защиты среды обитания человека от шумов, вибрации, ударов и электромагнитного излучения: теория, эксперимент и компьютерное моделирование

Данный проект посвящен исследованию метаматериалов – классу веществ со сложно организованной внутренней структурой (микроструктурой) и обладающих уникальными физико-механическими свойствами. Благодаря своим необычным свойствам, метаматериалы находят всё большее применение в различных сферах: в авиакосмической и автомобильной технике, для биомедицинских приложений, при строительстве зданий и сооружений. В частности, акустические метаматериалы используются как акустические поглотители. По сравнению с традиционными акустическими материалами они имеют более высокую эффективность снижения шума при меньшей массе и меньшей толщине. Это позволяет снизить массу ограждающих конструкций зданий на 40% и уменьшить их толщину на 70%. К числу метаматериалов можно отнести многие наноматериалы: графен, углеродные нанотрубки, фуллериты. На их основе можно создавать материалы и наноустройства, работающие в широком диапазоне температур, например, для демпфирования вибрационных и ударных воздействий. Очевидно, что как для прогноза физико-механических свойств создаваемых метаматериалов, так и для исследования различных процессов, протекающих в них, необходимы математические модели метаматериалов. В данном проекте предлагается для разработки моделей применять метод структурного моделирования, который дает возможность устанавливать в аналитическом виде взаимосвязь между макрохарактеристиками среды и параметрами ее микроструктуры. Отличительной особенностью данного проекта в части проведения теоретических исследований является сочетание применения метода структурного моделирования с методом молекулярной динамики, что позволяет получать количественные оценки параметров микроструктуры реальных материалов. Теоретические исследования в проекте удачно дополняются экспериментальными. Так, планируется применение теории самосогласования волновых полей для исследования прохождения звука через ограждающие конструкции с применением акустических метаматериалов. Основным результатом выполнения проекта будет создание материалов, обеспечивающих эффективную защиту среды обитания человека от шумов, вибрации, ударных воздействий и электромагнитного излучения.