La acústica estructural es el estudio de las ondas mecánicas en las estructuras y cómo interactúan e irradian a los medios adyacentes. El campo de la acústica estructural a menudo se denomina vibroacústica en Europa y Asia. [ cita requerida ] Las personas que trabajan en el campo de la acústica estructural se conocen como acústicos estructurales. [ cita requerida ] 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 [1]
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.
dónde es el desplazamiento y es la velocidad de la 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
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 vez de y, en consecuencia, son más lentos que en medios infinitos.
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.
La velocidad de la onda de corte se rige por el módulo de corte que es menor que y , haciendo ondas de corte más lentas que las ondas longitudinales.
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 tanto de las propiedades del material como 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.
Interacción sonido-estructura [2]
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 escape al fluido, parte del 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
Referencias
- ^ Stephen A. Hambric, Laboratorio de investigación aplicada en la Universidad Estatal de Pennsylvania, Tutorial de ACÚSTICA ESTRUCTURAL I, Vibraciones en estructuras , consultado el 28 de enero de 2021
- ^ Stephen A. Hambric y John B. Fahnline, Laboratorio de investigación aplicada de la Universidad Estatal de Pensilvania, Tutorial II de ACÚSTICA ESTRUCTURAL, INTERACCIÓN DE ESTRUCTURA DE SONIDO (PDF) , consultado el 28 de enero de 2021
- Fahy F., Gardonio P. (2007). Interacción de estructura de sonido (2ª ed.). Prensa académica. págs. 60–61. ISBN 978-3-540-67458-0.