Power flow analysis(PFA) methods have shown many advantages in noise predictions and vibration analysis in medium-to-high frequency ranges. Applying the finite element technique to PFA has produced power flow finite element method(PFFEM) that can be effectively used for analysis of vibration of complicated structures. PFADS(power flow analysis design system) based on PFFEM as the vibration analysis program has been developed for vibration predictions and analysis of coupled structural systems. In this paper, to improve the function of vibro-acoustic coupled analysis in PFADS, the PFFEM has been extended for analysis of the interior noise problems in the vibro-acoustic fully coupled systems. The vibro-acoustic fully coupled PFFEM formulation based on energy coupled relations is extended to structural system model by using appropriate modifications to structural-structural, structural-acoustic and acoustic-acoustic joint matrices. It has been applied to prediction of the interior noise in two room model coupled with panels, and the PFFEM results are compared to those of statistical energy analysis(SEA).
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권2호
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pp.127-153
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2012
This paper presents an advanced computational method for the prediction of the responses in the frequency domain of general linear dissipative structural-acoustic and fluid-structure systems, in the low-and medium-frequency domains and this includes uncertainty quantification. The system under consideration is constituted of a deformable dissipative structure that is coupled with an internal dissipative acoustic fluid. This includes wall acoustic impedances and it is surrounded by an infinite acoustic fluid. The system is submitted to given internal and external acoustic sources and to the prescribed mechanical forces. An efficient reduced-order computational model is constructed by using a finite element discretization for the structure and an internal acoustic fluid. The external acoustic fluid is treated by using an appropriate boundary element method in the frequency domain. All the required modeling aspects for the analysis of the medium-frequency domain have been introduced namely, a viscoelastic behavior for the structure, an appropriate dissipative model for the internal acoustic fluid that includes wall acoustic impedance and a model of uncertainty in particular for the modeling errors. This advanced computational formulation, corresponding to new extensions and complements with respect to the state-of-the-art are well adapted for the development of a new generation of software, in particular for parallel computers.
To predict vibrational energy density of simple structural-acoustic coupled systems in medium-to-high frequency ranges, Power Flow Finite Element Method(PFFEM) is used, and PFFEM sofiware, PFADS has been developed for the vibration predictions and analysis of coupled system structures in medium-to-high frequency ranges. However, it needs to consider vibro-acoustic coupled analysis to get more accurate results. Prior to implement vibro-acoustic coupled analysis functions in PFADS, research on vibro-acoustic coupled analysis using PFFEH is performed for simple models. These predictions include the indirect transmission path associated, and also the direct transmission path, and the formulation is extended to structural system model by using appropriate modifications to structural-acoustic and acoustic-acoustic joint matrices. Concerning the waves in plate and acoustic, it is possible to calculate the structural-acoustic full matrix of a model using PFFEM, and the formulations developed are implemented for two rooms surrounded by plates.
A structural-acoustic coupling problem involving fluid in a cavity divided with flexible walls and porous materials is investigated in this paper. In many practical problems, the use of finite elements to discretize the fluid region leads to large stiffness and mass matrices. But, since the acoustic boundary element discretization requires to put elements only on the surface of structure, the size of matrices is reduced considerably. Here, we developed a numerical analysis program for the structural-acoustic coupling problems of the multi-region cavity, using boundary elements for the fluid regions and finite elements for the structure. By considering sound transmission through layered systems placed in a cavity, the accuracy of the coupled acoustical-structural finite element model has been verified by comparing its transmission loss predictions with analytical sloutions. Example problems are included to investigate the characteristics of the multi-region structural-acoustic coupling system with porous material.
This paper presents and compares three feedback control strategies for active control of noise inside a 3-D vibro-acoustic cavity. These are a) control strategy based on direct output feedback (DOFB) b) control strategy based on linear quadratic regulator (LQR) to reduce structural vibrations and c) LQR control strategy with a weighting scheme based on structural-acoustic coupling coefficients. The first two strategies are indirect control strategies in which noise reduction is achieved through active vibration control (AVC), termed as AVC-DOFB and AVC-LQR respectively. The third direct strategy is based on active structural-acoustic control (ASAC). This strategy is an LQR based optimal control strategy in which the coupling between the various structural and the acoustic modes is used to design the controller. The strategy is termed as ASAC-LQR. A numerical model of a 3-D rectangular box cavity with a flexible plate (glued with piezoelectric patches) and with other five surfaces treated rigid is developed using finite element (FE) method. A single pair of collocated piezoelectric patches is used for sensing the vibrations and applying control forces on the structure. A comparison of frequency response function (FRF) of structural nodal acceleration, acoustic nodal pressure, and piezoelectric actuation voltage is carried out. It is found that the AVC-DOFB control strategy gives equal importance to all the modes. The AVC-LQR control strategy tries to consume the control effort to damp all the structural modes. It is seen that the ASAC-LQR control strategy utilizes the control effort more intelligently by adding higher damping to those structural modes that matter more for reducing the interior noise.
Rocket propulsion systems generate very high level noise (acoustic loads), which is due to supersonic jet of rocket propulsion system. In practice, the sound power level of rocket propulsion systems is over 180 ㏈. This high level noise excites rocket structures and payloads, so that it causes the structural failure and electronic malfunctioning of payloads. Prediction method of acoustic loads of rocket enables us to determine the safety of payloads. (omitted)
Banjara, Nawal Kishor;Sasmal, Saptarshi;Srinivas, V.
Smart Structures and Systems
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제23권2호
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pp.173-184
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2019
The main objective of this study is to evaluate the true fracture energy and monitor the damage progression in steel fibre reinforced concrete (SFRC) specimens using acoustic emission (AE) features. Four point bending test is carried out using pre-notched plain and fibre reinforced (0.5% and 1% volume fraction) - concrete under monotonic loading. AE sensors are affixed at different locations of the specimens and AE parameters such as rise time, AE energy, hits, counts, amplitude and duration etc. are obtained. Using the captured and processed AE event data, fracture process zone is identified and the true fracture energy is evaluated. The AE data is also employed for tracing the damage progression in plain and fibre reinforced concrete, using both parametric- and signal- based techniques. Hilbert - Huang transform (HHT) is used in signal based processing for evaluating instantaneous frequency of the acoustic events. It is found that the appropriately processed and carefully analyzed acoustic data is capable of providing vital information on progression of damage on different types of concrete.
The skin structure of sensor pod mounted on the exterior of aircraft can be exposed to the acoustic dynamic load and static load such as aerodynamic pressure and inertial load during flight. Fatigue life prediction of structural model under acoustic load should be performed and also differential stiffness of model modified by static load should be considered. The acoustic noise test spectrum of MIL-STD-810G was applied to the structural model and the stress response power spectral density (PSD) was calculated. The frequency response analysis was performed with or without prestress induced by inplane static load, and the response spectrum was compared. Time series data was generated using the calculated PSD, and the time and frequency domain fatigue life were predicted and compared. The variation of stress response spectrum due to static load and predicted fatigue life according to the different structural model considering mean stress were examined and decreasing fatigue life was observed in the model with prestress of compressive static load.
An optimization formulation is proposed to minimize sound pressures in a two-dimensional cavity by controlling the attachment area of unconstrained damping materials. For the analysis of structural-acoustic systems, a hybrid approach that uses finite elements for structures and boundary elements for cavity is adopted. Four-parameter fractional derivative model is used to accurately represent dynamic characteristics oJ the viscoelastic materials with frequency and temperature. Optimal layouts of the unconstrained damping layer on structural wall of cavity are identified according to temperatures and the amount of damping material by using a numerical search algorithm.
The reduction of booming noise level and improvement of sound quality in the vehicle interior have been major fields of vehicle NVH for many years. In order to reduce the booming noise this paper proposed a system variable, which takes account of mode shapes and natural frequencies of the structural-acoustic system, measurement points and excitation frequency. By simplifying the system variable, the major contributors of panels inculding roof, roof lining, wind shield glasses, doors and floor to booming noise at a specific frequency was experimentally found. Also the relationships between structural modes of roof lining, one of the major contributors, and acoustic modes of compartment cavity were investigated from the viewpoint fo structure-borne noise. In addition, the roof lining was modified structurally by applying marble sponge to the gap between roof and roof lining. Asthe result of structural modification, the booming noise was reduce at target frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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