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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2018.tde-22042018-155437
Document
Author
Full name
Luiz Fernando Vales
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Oliveira, Leopoldo Pisanelli Rodrigues de (President)
Mosquera Sánchez, Jaime Alberto
Shiki, Sidney Bruce
Title in Portuguese
Análise numérica da influência de parâmetros estruturais no desempenho vibroacústico de placas flexíveis
Keywords in Portuguese
Controle passivo
Elementos finitos
Radiação sonora
Sensibilidade
Vibroacústica
Abstract in Portuguese
Vibrações estruturais constituem uma das principais fontes de ruído e de desconforto em diversas aplicações, tais como nos produtos das indústrias automotiva, aeroespacial e naval, que, em grande parte, são compostos por estruturas flexíveis semelhantes a placas. Ao mesmo tempo, a demanda crescente por aumento de eficiência energética e por redução de emissão de gases nocivos ao meio ambiente tem levado os fabricantes de todos os segmentos para a utilização de materiais cada vez mais leves. Um desafio importante relacionado ao uso dessas soluções diz respeito ao seu comportamento vibroacústico, já que estruturas leves tendem a transmitir e emitir ruídos de forma mais intensa, particularmente em baixas frequências. Em decorrência disso, a obtenção de uma boa relação entre peso e desempenho vibroacústico usualmente demanda algumas iterações de projeto. Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo estabelecer um procedimento numérico para avaliar as propriedades vibroacústicas de placas flexíveis excitadas por um campo gerado no interior de uma cavidade acústica, bem como investigar a influência de parâmetros estruturais que definem a placa sobre o seu desempenho vibroacústico. O escopo aqui é a faixa de baixas frequências, na qual o comportamento do sistema é descrito de forma determinística através de características modais. Foi desenvolvido um modelo numérico em elementos finitos de uma cavidade acústica retangular de paredes rígidas acoplada a uma placa flexível. Uma fonte acústica posicionada no interior da cavidade produz um campo de pressão sonora que induz a placa à vibração e, consequentemente, a irradiar potência sonora para o campo livre exterior. Para realização das análises de sensibilidade, desenvolveu-se um conjunto de rotinas de modo a permitir o gerenciamento automatizado de simulações. Resultados numéricos são apresentados para avaliar a influência de diversos parâmetros estruturais sobre o desempenho vibroacústico da superfície estrutural. O procedimento proposto pode ser aplicado de forma eficiente para a análise de sensibilidade da transmissão de ruído em sistemas vibroacústicos sujeitos à variação de parâmetros estruturais e pode também ser utilizado para avaliar diversos tipos de materiais, como isotrópicos, ortotrópicos e até metamateriais.
Title in English
Numerical analysis of the influence of structural parameters on the vibroacoustic performance of flexible plates
Keywords in English
Finite Element Method
Passive control
Sensitivity
Sound radiation
Vibroacoustics
Abstract in English
Structural vibrations are the major causes of noise and people discomforts in several applications, such as in the products of the automotive, aerospace and naval industries, which are mainly composed of flexible plate-like structures. At the same time, the ever-increasing demands for energy efficiency and for reduced emissions of harmful gases into the environment lead product manufacturers of all industrial sectors towards an increased use of lighter materials. However, these solutions are most sensitive to issues related to vibroacoustic behavior, since the lightweight structures tend to present a high sound transmission, particularly at low frequencies. Consequently, the optimal design of lightweight and noise insulation properties of a structure usually require some design trade-offs. In this context, this dissertation aims to propose a numerical procedure to analyze the vibroacoustic performance of flexible plates subject to an interior acoustic field, as well as to investigate the influence of structural parameters on the sound insulation properties of the plate. The scope here is the low frequency range, in which the response of the coupled system is described in a deterministic way in terms of a mode set. A finite element model of a rigid rectangular acoustic cavity coupled to a flexible plate was developed. An acoustic source inside the cavity produces an interior sound pressure field that forces the flexible plate to vibrate and, consequently, to radiate sound power to the external free field. In order to enable the automatic management of the variability simulations, a set of routines was also developed. Numerical results are presented in order to evaluate the influence of several structural parameters on the vibroacoustic properties of the plate. The proposed methodology can be largely used in sensitivity analysis of noise transmission in vibroacoustic systems subject to the variation of structural parameters and can be used to evaluate many material types, as isotropic, orthotropic and even metamaterials.
 
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Publishing Date
2018-06-15
 
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