Acústica estructural - Structural acoustics

La acústica estructural es el estudio de las ondas mecánicas en las estructuras y cómo interactúan con los medios adyacentes e irradian hacia ellos. El campo de la acústica estructural a menudo se denomina vibroacústica en Europa y Asia. Las personas que trabajan en el campo de la acústica estructural se conocen como acústicos estructurales. El campo de la acústica estructural puede estar estrechamente relacionado con varios otros campos de la acústica, incluidos el ruido , la transducción , la acústica subacuática y la acústica física .

Vibraciones en estructuras

Ondas de compresión y de corte (material isotrópico, homogéneo)

Las ondas de compresión (a menudo denominadas ondas longitudinales ) se expanden y contraen en la misma dirección (u opuesta) que el movimiento de las ondas. La ecuación de onda dicta el movimiento de la onda en la dirección x.

${\ Displaystyle {\ Partical ^ {2} u \ over \ Partical x ^ {2}} = {1 \ over c_ {L} ^ {2}} {\ Partical ^ {2} u \ over \ Particular t ^ { 2}}}$

donde es el desplazamiento y es la velocidad de onda longitudinal. Tiene la misma forma que la ecuación de ondas acústicas en una dimensión. está determinada por las propiedades ( módulo volumétrico y densidad ) de la estructura según ${\ Displaystyle u}$${\ Displaystyle c_ {L}}$${\ Displaystyle c_ {L}}$ ${\ Displaystyle B}$ ${\ Displaystyle \ rho}$

${\ Displaystyle {c_ {L}} = {\ sqrt {B \ over \ rho}}}$

Cuando dos dimensiones de la estructura son pequeñas con respecto a la longitud de onda (comúnmente llamado haz), la velocidad de la onda es dictada por el módulo de Young en lugar del y, en consecuencia, son más lentas que en medios infinitos. ${\ Displaystyle E}$${\ Displaystyle B}$

Las ondas de corte ocurren debido a la rigidez de corte y siguen una ecuación similar, pero con el desplazamiento que ocurre en la dirección transversal, perpendicular al movimiento de la onda.

${\ Displaystyle {\ Particular ^ {2} w \ over \ Partical x ^ {2}} = {1 \ over c_ {s} ^ {2}} {\ Partical ^ {2} w \ Over \ Partical t ^ { 2}}}$

La velocidad de la onda de corte se rige por el módulo de corte que es menor que y , lo que hace que las ondas de corte sean más lentas que las ondas longitudinales. ${\ Displaystyle G}$${\ Displaystyle E}$${\ Displaystyle B}$

Flexión de ondas en vigas y placas.

La mayor parte de la radiación sonora es causada por ondas de flexión (o flexión), que deforman la estructura transversalmente a medida que se propagan. Las ondas de flexión son más complicadas que las ondas de compresión o de corte y dependen de las propiedades del material y de las propiedades geométricas. También son dispersivos, ya que diferentes frecuencias viajan a diferentes velocidades.

Modelado de vibraciones

El análisis de elementos finitos se puede utilizar para predecir la vibración de estructuras complejas. Un programa informático de elementos finitos ensamblará las matrices de masa, rigidez y amortiguación en función de las geometrías del elemento y las propiedades del material, y resolverá la respuesta a la vibración en función de las cargas aplicadas.

${\ Displaystyle {[- \ omega ^ {2} \ mathbf {M} + j \ omega \ mathbf {B} + (1 + j \ eta) \ mathbf {K}]} {\ mathbf {d} = \ mathbf {F}}}$

Interacción sonido-estructura

Interacción fluido-estructura

Cuando una estructura vibrante está en contacto con un fluido, las velocidades normales de las partículas en la interfaz deben conservarse (es decir, ser equivalentes). Esto hace que parte de la energía de la estructura se escape al fluido, parte de la cual se irradia como sonido, parte del cual permanece cerca de la estructura y no se irradia. Para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, la simulación numérica de las interacciones fluido-estructura involucradas en la vibroacústica puede lograrse acoplando el método de elementos finitos y el método de elementos de contorno .

Ver también

• Acústica
• Ecuación de ondas acústicas
• Ola de cordero
• Elasticidad lineal
• Control de ruido
• Sonido
• Onda acústica de superficie
• Ola
• Ecuación de onda

Referencias

• Fahy F., Gardonio P. (2007). Interacción de estructura de sonido (2ª ed.). Prensa académica. págs. 60–61. ISBN   978-3-540-67458-0 .

enlaces externos

• asa.aip.org —Sitio web de la Acoustical Society of America