Структурная акустика - Structural acoustics

Структурная акустика изучение механических волны в структуры и как они взаимодействуют с соседними средами и излучают в них. Область структурной акустики в Европе и Азии часто называют виброакустикой.^{[нужна цитата ]} Люди, которые работают в области структурной акустики, известны как структурные акустики.^{[нужна цитата ]} Сфера структурной акустики может быть тесно связана с рядом других областей акустика включая шум, трансдукция, подводная акустика, и физическая акустика.

Вибрации в конструкциях^[1]

Волны сжатия и сдвиги (изотропный, однородный материал)

Волны сжатия (часто называемые продольные волны ) расширяются и сжимаются в том же направлении (или противоположном), что и волновое движение. Волновое уравнение диктует движение волны в направлении x.

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

куда ${ displaystyle u}$ это смещение и ${ displaystyle c_ {L}}$ - скорость продольной волны. Он имеет ту же форму, что и уравнение акустической волны в одномерном. ${ displaystyle c_ {L}}$ определяется свойствами (объемный модуль ${ displaystyle B}$ и плотность ${ displaystyle rho}$) конструкции согласно

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

Когда два размера конструкции малы по сравнению с длина волны (обычно называемый лучом), скорость волны определяется Модуль для младших ${ displaystyle E}$ вместо ${ displaystyle B}$ и, следовательно, медленнее, чем в бесконечных средах.

Сдвиговые волны возникают из-за жесткости на сдвиг и подчиняются аналогичному уравнению, но со смещением, происходящим в поперечном направлении, перпендикулярном движению волны.

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

Скорость поперечной волны регулируется модуль сдвига ${ displaystyle G}$ что меньше чем ${ displaystyle E}$ и ${ displaystyle B}$, делая поперечные волны медленнее продольных.

Изгибные волны в балках и пластинах

Большая часть звукового излучения вызывается изгибными (или изгибными) волнами, которые при распространении деформируют структуру в поперечном направлении. Волны изгиба сложнее, чем волны сжатия или сдвига, и зависят от свойств материала, а также геометрических свойств. Они также диспергирующий поскольку разные частоты перемещаются с разной скоростью.

Моделирование вибраций

Анализ методом конечных элементов может использоваться для прогнозирования вибрации сложных конструкций. Компьютерная программа конечных элементов соберет матрицы массы, жесткости и демпфирования на основе геометрии элементов и свойств материала и определит реакцию на вибрацию на основе приложенных нагрузок.

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

Звуко-структурное взаимодействие^[2]

Взаимодействие жидкости и структуры

Когда вибрирующая конструкция находится в контакте с жидкостью, нормальные скорости частиц на границе раздела должны сохраняться (т.е. быть эквивалентными). Это заставляет часть энергии от конструкции уходить в жидкость, часть которой излучается в виде звука, а часть остается рядом с конструкцией и не излучается. Для большинства инженерных приложений численное моделирование взаимодействий жидкости и конструкции, задействованных в виброакустике, может быть достигнуто путем объединения Метод конечных элементов и Метод граничных элементов.

Смотрите также

• Акустика
• Уравнение акустической волны
• Волна ягненка
• Линейная эластичность
• Контроль шума
• Звук
• Поверхностная акустическая волна
• Волна
• Волновое уравнение

Рекомендации

• Фахи Ф., Гардонио П. (2007). Звуковая структура взаимодействия (2-е изд.). Академическая пресса. С. 60–61. ISBN  978-3-540-67458-0.

внешняя ссылка

• asa.aip.org —Веб-сайт Акустическое общество Америки