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. ^{[ необходима цитата ]} Люди, которые работают в области структурной акустики, известны как структурные акустики. ^{[ необходима цитата ]} Сфера структурной акустики может быть тесно связана с рядом других областей акустики, включая шум , преобразование , подводную акустику и физическую акустику .

Вибрации в конструкциях ^[1] [ править ]

Волны сжатия и поперечные волны (изотропный, однородный материал) [ править ]

Волны сжатия (часто называемые продольными волнами ) 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}}}

где - смещение, - скорость продольной волны. Это имеет ту же форму, что и уравнение акустической волны в одномерном измерении. определяется свойствами ( объемным модулем и плотностью ) конструкции согласно ${\ displaystyle u}$ ${\ displaystyle c_ {L}}$ ${\ displaystyle c_ {L}}$ ${\ displaystyle B}$ ${\ displaystyle \ rho}$

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

Когда два измерения структуры малы по отношению к длине волны (обычно называемой пучком), скорость волны определяется модулем Юнга, а не модулем упругости, и, следовательно, медленнее, чем в бесконечной среде. ${\ displaystyle E}$ ${\ displaystyle B}$

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 определяется модулем сдвига, который меньше и , что делает поперечные волны медленнее, чем продольные. ${\ displaystyle G}$ ${\ displaystyle E}$ ${\ displaystyle B}$

Изгибные волны в балках и пластинах [ править ]

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

Моделирование вибраций [ править ]

Анализ методом конечных элементов можно использовать 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.

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

Взаимодействие звука и структуры ^[2] [ править ]

Взаимодействие жидкости и структуры [ править ]

Когда вибрирующая структура 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 технических применений, численное моделирование жидкости структурных взаимодействий , вовлеченных в вибро-акустике может быть достигнуто путем сочетания метода конечных элементов и методы граничных элементов .

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

^ Стивен А. Хамбрик, Лаборатория прикладных исследований в Государственном университете Пенсильвании, Учебное пособие по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ I, Вибрации в конструкциях , получено 2021-01-28. CS1 maint: discouraged parameter (link)
^ Стивен А. Хэмбрик и Джон Б. Фанлайн, Лаборатория прикладных исследований в Государственном университете Пенсильвании, Учебное пособие по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ II, ЗВУКО-СТРУКТУРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (PDF) , получено 2021-01-28 CS1 maint: discouraged parameter (link)

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

Внешние ссылки [ править ]

asa.aip.org - веб- сайт Американского акустического общества.

[1] Стивен А. Хамбрик, Лаборатория прикладных исследований в Государственном университете Пенсильвании, Учебное пособие по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ I, Вибрации в конструкциях , получено 2021-01-28. CS1 maint: discouraged parameter (link)

[2] Стивен А. Хэмбрик и Джон Б. Фанлайн, Лаборатория прикладных исследований в Государственном университете Пенсильвании, Учебное пособие по СТРУКТУРНОЙ АКУСТИКЕ II, ЗВУКО-СТРУКТУРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ (PDF) , получено 2021-01-28 CS1 maint: discouraged parameter (link)

[1]