Strukturell akustik

Strukturell akustik är studiet av de mekaniska vågorna i strukturer och hur de interagerar med och strålar ut i angränsande media. Området strukturell akustik kallas ofta för vibroakustik i Europa och Asien. ^{Människor som arbetar .} inom strukturell akustik är kända som strukturella akustiker ^{[ citat behövs ]} Fältet av strukturell akustik kan vara nära relaterat till ett antal andra områden av akustik inklusive buller , transduktion , undervattensakustik och fysisk akustik .

Vibrationer i strukturer

Kompressions- och skjuvvågor (isotropt, homogent material)

Kompressionsvågor (ofta kallade longitudinella vågor ) expanderar och drar ihop sig i samma riktning (eller motsatt) som vågrörelsen. Vågekvationen dikterar vågens rörelse i x-riktningen.

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

där $u$ är förskjutningen och $c_{L}$ är den longitudinella våghastigheten. Denna har samma form som den akustiska vågekvationen i endimension. $c_{L}$ bestäms av egenskaper ( bulkmodul $B$ och densitet $\rho$ ) hos strukturen enl.

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

När två dimensioner av strukturen är små med avseende på våglängd (vanligen kallad en stråle), dikteras våghastigheten av Youngs modul $E$ istället för $B$ och är följaktligen långsammare än i oändliga media .

Skjuvvågor uppstår på grund av skjuvstyvheten och följer en liknande ekvation, men med förskjutningen i tvärriktningen, vinkelrätt mot vågrörelsen.

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

Skjuvvågshastigheten styrs av skjuvmodulen G $\displaystyle G}$ som är mindre än $E$ och $B$ , vilket gör skjuvvågor långsammare än longitudinella vågor.

Böjande vågor i balkar och plattor

Den mesta ljudstrålningen orsakas av böjningsvågor (eller böjningsvågor), som deformerar strukturen i tvärriktningen när de utbreder sig. Böjningsvågor är mer komplicerade än kompressions- eller skjuvvågor och beror på såväl materialegenskaper som geometriska egenskaper. De är också dispersiva eftersom olika frekvenser färdas med olika hastigheter.

Modellering av vibrationer

Finita elementanalys kan användas för att förutsäga vibrationer i komplexa strukturer. Ett datorprogram med finita element kommer att sätta samman massa-, styvhets- och dämpningsmatriserna baserat på elementets geometrier och materialegenskaper, och lösa vibrationsresponsen baserat på de pålagda belastningarna.

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

Ljud-struktur interaktion

Vätske-struktur Interaktion

När en vibrerande struktur är i kontakt med en vätska måste de normala partikelhastigheterna vid gränsytan bibehållas (dvs. vara ekvivalenta). Detta gör att en del av energin från strukturen försvinner in i vätskan, varav en del strålar bort som ljud, varav en del stannar nära strukturen och inte strålar bort. För de flesta tekniska tillämpningar kan den numeriska simuleringen av vätskestrukturinteraktioner involverade i vibro-akustik uppnås genom att koppla Finita elementmetoden och Boundary elementmetoden .

Se även

Fahy F., Gardonio P. (2007). Ljudstrukturinteraktion (2:a upplagan). Akademisk press. s. 60–61. ISBN 978-3-540-67458-0 .

externa länkar

asa.aip.org Arkiverad 1996-11-19 på Wayback Machine — webbplats för Acoustical Society of America