Структурная акустика

Структурная акустика — это изучение механических волн в конструкциях и того, как они взаимодействуют с соседними средами и излучаются в них. Область структурной акустики в Европе и Азии часто называют виброакустикой. ^{[ нужна ссылка ]} Людей, которые работают в области структурной акустики, называют структурными акустиками. ^{[ нужна ссылка ]} Область структурной акустики может быть тесно связана с рядом других областей акустики, включая шум , трансдукцию , подводную акустику и физическую акустику .

Вибрации в конструкциях ^[1]

Волны сжатия и поперечные волны (изотропный, однородный материал)

Волны сжатия (часто называемые продольными волнами ) расширяются и сжимаются в том же направлении (или противоположном), что и движение волны. Волновое уравнение определяет движение волны в направлении x.

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

где $u$ это смещение и $c_{L}$ – скорость продольной волны. Оно имеет ту же форму, что и уравнение акустической волны в одномерном измерении. $c_{L}$ определяется свойствами ( модуль объемного сжатия $B$ и плотность $\rho$ ) структуры согласно

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

Когда два измерения структуры малы по отношению к длине волны (обычно называемой лучом), скорость волны определяется модулем Юнга. $E$ вместо $B$ и, следовательно, медленнее, чем в бесконечной среде.

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

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

Скорость поперечной волны определяется модулем сдвига $G$ что меньше, чем $E$ и $B$ , что делает поперечные волны медленнее, чем продольные волны.

Изгибные волны в балках и пластинах.

Большая часть звукового излучения вызвана изгибными (или изгибными) волнами, которые при распространении деформируют конструкцию в поперечном направлении. Изгибные волны более сложны, чем волны сжатия или поперечные волны, и зависят от свойств материала, а также от геометрических свойств. Они также являются дисперсионными , поскольку разные частоты распространяются с разной скоростью.

Моделирование вибраций

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

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

Взаимодействие звука со структурой ^[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 приводит к тому, что часть энергии конструкции уходит в жидкость, часть которой излучается в виде звука, часть остается рядом со структурой и не излучается. Для большинства инженерных приложений численное моделирование взаимодействий жидкости со структурой, задействованных в виброакустике, может быть достигнуто путем объединения метода конечных элементов и метода граничных элементов .

См. также

Ссылки

^ Стивен А. Хамбрик, Лаборатория прикладных исследований Пенсильванского государственного университета, Учебное пособие I по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ I, Вибрации в конструкциях , получено 28 января 2021 г.
^ Стивен А. Хамбрик и Джон Б. Фанлайн, Лаборатория прикладных исследований Пенсильванского государственного университета, Учебное пособие II по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗВУКА И СТРУКТУРЫ , получено 28 января 2021 г.

Фэйи Ф., Гардонио П. (2007). Взаимодействие звуковой структуры (2-е изд.). Академическая пресса. стр. 60–61. ISBN 978-3-540-67458-0 .

Внешние ссылки

asa.aip.org. Архивировано 19 ноября 1996 г. на Wayback Machine - веб-сайт Акустического общества Америки.

[1] Стивен А. Хамбрик, Лаборатория прикладных исследований Пенсильванского государственного университета, Учебное пособие I по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ I, Вибрации в конструкциях , получено 28 января 2021 г.

[2] Стивен А. Хамбрик и Джон Б. Фанлайн, Лаборатория прикладных исследований Пенсильванского государственного университета, Учебное пособие II по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ, ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗВУКА И СТРУКТУРЫ , получено 28 января 2021 г.

[1]

[2]

Вибрации в конструкциях [1]