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Contributions in the acoustic study of fluid-structure interaction problems with porous materials and thin structures.

Xabier Sagartzazu Sorazu


15/12/2023

  • DIRECTORES: Luis María Hervella Nieto y Andrés Prieto Aneiros.
  • UNIVERSIDAD: Universidade da Coruña

RESUMEN

Esta tesis aborda a través de un método numérico y experimental un problema vibroacústico en un sistema acoplado comprendido de un dominio de fluido, un dominio poroelástico y un sólido elástico fino como es una placa flexible.

La comprensión de la propagación de ondas acústicas en dicho problema acoplado y la búsqueda de modelos matemáticos para simular y predecir la atenuación que introducen los materiales porosos en casos de estudio industriales fue planteado dentro del grupo de investigación de ingeniería mecánica del centro tecnológico IKERLAN.

Para ello, primero se lleva a cabo una revisión bibliográfica sobre los materiales poroelásticos, para conocer los parámetros de que dependen, cómo se miden y se caracterizan experimentalmente, y el estudio de los diferentes modelos matemáticos existentes para simular la propagación de ondas a través de dichos materiales.

Posteriormente, se modela el problema acoplado desarrollando un código numérico por elementos finitos aplicado al caso de estudio concreto de una cavidad hexaédrica de paredes rígidas salvo la pared superior formada por una placa fina flexible de aluminio atornillada a la cavidad y recubierta de una capa de material poroelástico.

Se comparan diferentes modelos para la modelización del material poroso, desde modelos empíricos y modelos fenomenológicos de fluido equivalente, hasta modelos que tienen en cuenta las dos fases, fluida y sólida, del material. La presión del dominio de fluido se discretiza con elementos de Lagrange Q1, la placa se discretiza combinando elementos de Lagrange Q1 para los desplazamientos de membrana con elementos MITC4 para los desplazamientos de flexión.

El dominio poroelástico se modela en cada caso a través de su impedancia característica (considerando impedancia de pared rígida o móvil) en los modelos empíricos, discretizado como el fluido pero con densidad y módulo de compresibilidad con partes disipativas en los modelos de fluido equivalente, y discretizando a través de grados de libertad de desplazamiento-desplazamiento con elementos de Lagrange (Q1)3 cuando se modelan las dos fases, sólida y fluida, de que se componen.

Se lleva a cabo un trabajo experimental, tanto para la caracterización de las propiedades de los materiales (porosos y placa) como la fuente sonora de excitación, y una validación experimental del problema comparando los diferentes modelos.

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