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

Resumo

Esta tese aborda a traves dun metodo numerico e experimental un problema vibroacustico nun sistema acoplado comprendido dun dominio de fluido, un dominio poroelastico e un solido elastico fino como e unha placa flexible. A comprension da propagacion de ondas acusticas nese problema acoplado e a busca de modelos matematicos para simular e prever a atenuacion que introducen os materiais porosos en casos de estudo industriais foi exposto dentro do grupo de investigacion de enxenaria mecanica do centro tecnoloxico IKERLAN. Para iso, primeiro levase a cabo unha revision bibliografica sobre os materiais poroelasticos, para conecer os parametros de que dependen, como se miden e caracterizanse experimentalmente, e o estudo dos diferentes modelos matematicos existentes para simular a propagacion de ondas a traves dos devanditos materiais. Posteriormente, modela o problema acoplado desenvolvendo un codigo numerico por elementos finitos aplicado ao caso de estudo concreto dunha cavidade hexaedrica de paredes rixidas salvo a parede superior formada por unha placa fina flexible de aluminio aparafusada a cavidade e recuberta dunha capa de material poroelastico. Comparanse diferentes modelos para a modelizacion do material poroso, desde modelos empiricos e modelos fenomenoloxicos de fluido equivalente, ata modelos que tenen en conta as duas fases, fluida e solida, do material. A presion do dominio de fluido se discretiza con elementos de Lagrange Q1, a placa se discretiza combinando elementos de Lagrange Q1 para os desprazamentos de membrana con elementos MITC4 para os desprazamentos de flexion. O dominio poroelastico se modela en cada caso a traves do seu impedancia caracteristica (considerando impedancia de parede rixida ou mobil) nos modelos empiricos, discretizado como o fluido pero con densidade e modulo de compresibilidad con partes disipativas nos modelos de fluido equivalente, e discretizando a traves de graos de liberdade de desprazamento-desprazamento con elementos de Lagrange (Q1)3 cando se modelan as duas fases, solida e fluida, de que se componen. Levase a cabo un traballo experimental, tanto para a caracterizacion das propiedades dos materiais (porosos e placa) como a fonte sonora de excitacion, e unha validacion experimental do problema comparando os diferentes modelos.