Acústica estrutural - Structural acoustics

A acústica estrutural é o estudo das ondas mecânicas nas estruturas e como elas interagem e se irradiam para os meios adjacentes. O campo da acústica estrutural é frequentemente referido como vibroacústica na Europa e na Ásia. As pessoas que trabalham na área de acústica estrutural são conhecidas como acústicos estruturais. O campo da acústica estrutural pode estar intimamente relacionado a vários outros campos da acústica, incluindo ruído , transdução , acústica subaquática e acústica física .

Vibrações em estruturas

Ondas de compressão e cisalhamento (isotrópico, material homogêneo)

As ondas de compressão (geralmente chamadas de ondas longitudinais ) se expandem e contraem na mesma direção (ou oposta) do movimento da onda. A equação da onda determina o movimento da onda na direção x.

${\ displaystyle {\ partial ^ {2} u \ over \ parcial x ^ {2}} = {1 \ over c_ {L} ^ {2}} {\ parcial ^ {2} u \ over \ parcial t ^ { 2}}}$

onde está o deslocamento e é a velocidade da onda longitudinal. Tem a mesma forma que a equação de onda acústica em uma dimensão. é determinado pelas propriedades ( módulo de volume e densidade ) da estrutura de acordo com ${\ displaystyle u}$${\ displaystyle c_ {L}}$${\ displaystyle c_ {L}}$ ${\ displaystyle B}$ ${\ displaystyle \ rho}$

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

Quando duas dimensões da estrutura são pequenas em relação ao comprimento de onda (comumente chamado de feixe), a velocidade da onda é ditada pelo módulo de Young em vez do e são conseqüentemente mais lentas do que em meios infinitos. ${\ displaystyle E}$${\ displaystyle B}$

As ondas de cisalhamento ocorrem devido à rigidez de cisalhamento e seguem uma equação semelhante, mas com o deslocamento ocorrendo na direção transversal, perpendicular ao movimento da onda.

${\ displaystyle {\ partial ^ {2} w \ over \ partial x ^ {2}} = {1 \ over c_ {s} ^ {2}} {\ parcial ^ {2} w \ over \ parcial t ^ { 2}}}$

A velocidade da onda de cisalhamento é governada pelo módulo de cisalhamento que é menor que e , tornando as ondas de cisalhamento mais lentas do que as ondas longitudinais. ${\ displaystyle G}$${\ displaystyle E}$${\ displaystyle B}$

Ondas de curvatura em vigas e placas

A maior parte da radiação sonora é causada por ondas de curvatura (ou flexão), que deformam a estrutura transversalmente à medida que se propagam. As ondas de flexão são mais complicadas do que as ondas de compressão ou de cisalhamento e dependem das propriedades do material e também das propriedades geométricas. Eles também são dispersivos, uma vez que frequências diferentes viajam em velocidades diferentes.

Modelagem de vibrações

A análise de elementos finitos pode ser usada para prever a vibração de estruturas complexas. Um programa de computador de elemento finito montará as matrizes de massa, rigidez e amortecimento com base nas geometrias do elemento e nas propriedades do material, e resolverá a resposta à vibração com base nas cargas aplicadas.

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

Interação de estrutura sonora

Interação fluido-estrutura

Quando uma estrutura vibrante está em contato com um fluido, as velocidades normais das partículas na interface devem ser conservadas (ou seja, ser equivalentes). Isso faz com que parte da energia da estrutura escape para o fluido, parte da qual se irradia como som, parte da qual fica perto da estrutura e não se irradia. Para a maioria das aplicações de engenharia, a simulação numérica das interações fluido-estrutura envolvidas na vibroacústica pode ser alcançada por meio do acoplamento do método dos elementos finitos e do método dos elementos de fronteira .

Veja também

• Acústica
• Equação de onda acústica
• Onda de cordeiro
• Elasticidade linear
• Controle de ruído
• Som
• Onda acústica de superfície
• Aceno
• Equação de onda

Referências

• Fahy F., Gardonio P. (2007). Interação de estrutura sonora (2ª ed.). Academic Press. pp. 60–61. ISBN   978-3-540-67458-0 .

links externos

• asa.aip.org —Website da Acoustical Society of America