UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO FIMEE

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO FIMEE VIBRACIONES EN CAMPOS ACOPLADOS: UNA APLICACIÓN ACÚSTICO- ESTRUCTURAL A UNA CABINA Presentan: Agustín Leobardo Herrera May Luz Antonio Aguilera Cortés

2 Objetivos del Trabajo: Encontrar los modos estructurales, acústicos y acoplados de una cabina de automóvil. Realizar un análisis armónico de la cabina y encontrar: la presión acústica en el fluido que encierra la cabina y los esfuerzos (Von-Mises) en un lugar de las placas dentro de un rango de frecuencias.

3 Sistema Acústico-Estructural Una estructura acoplada con un fluido acústico interno o externo. Ejemplos: La interacción del aire dentro de una cabina de un avión su interior. La estructura de un automóvil interactuando con su interior. Vehículos marinos (barcos, submarinos). Teatros.

4 Una presión acústica alta en una cabina de automóvil origina ruido, el cual puede ser resultado de excitaciones del motor, transmisión, interacción llanta-carretera, el viento, etc.

5 Presentación del Problema: Se construyó un modelo de elementos finitos para una cabina de automóvil típico utilizando software comercial. Fig. 1. Cámara acústica con soporte elástico.

6 Descripción del Modelo por Elementos Finitos Fig. 2. Malla de la cámara.

7 ANÁLISIS MODAL Encontrar las frecuencias naturales del campo estructural, acústico y acoplado. Distinguir los tipos de configuraciones modales.

8 MODOS DEL CAMPO ESTRUCTURAL The Virtual Engieneering Company Fig. 3. Primer modo estructural (1.109 Hz). Fig. 4. Segundo modo estructural (1.209 Hz). Fig. 5. Tercer modo estructural (1.586 (Hz). Fig. 6. Cuarto modo estructural (3.963 Hz).

9 Fig. 7. Quinto modo estructural (4.221 Hz). Fig. 8. Sexto modo estructural (4.701 Hz). (a) Fig. 9. Séptimo modo estructural ( Hz), (a) vista superior, (b) vista inferior. (b)

10 (a) (b) Fig. 10. Octavo modo estructural a ( Hz), (a) vista superior, (b) vista inferior. (a) (b) Fig. 11. Noveno modo estructural a ( Hz), (a) vista superior, (b) vista inferior.

11 MODOS DEL CAMPO ACÚSTICO The Virtual Engieneering Company Fig. 12. Primer modo acústico (0 Hz). Fig. 13. Segundo modo acústico ( Hz). Fig. 14. Tercer modo acústico ( Hz). Fig. 15. Cuarto modo acústico ( Hz).

12 Fig. 16. Quinto modo acústico ( Hz). Fig. 17. Sexto modo acústico ( Hz). Fig. 18. Séptimo modo acústico ( Hz). Fig. 19. Octavo modo acústico ( Hz).

13 MODOS DEL CAMPO ACOPLADO The Virtual Engieneering Company (a) (b) Fig. 20. Primer modo acoplado (0 Hz), (a) vista superior, (b) vista inferior. Fig. 21. Segundo modo acoplado (1.107 Hz). Fig. 22. Tercer modo acoplado (1.206 Hz).

14 Fig. 23. Cuarto modo acoplado (1.58 Hz). Fig. 24. Quinto modo acoplado (3.961 Hz). Fig. 25. Sexto modo acoplado (4.208 Hz). Fig. 26. Séptimo modo acoplado (4.689 Hz).

15 (a) (b) Fig. 27. Octavo modo acoplado ( Hz), (a) vista superior, (b) vista inferior. (a) Fig. 28. Noveno modo acoplado ( Hz), (a) vista superior, (b) vista inferior. (b)

16 El análisis modal ayuda a visualizar posibles zonas de ruido. El campo de sonido interno de la cabina es afectado por las características modales del campo acústico, del campo estructural y por la naturaleza del acoplamiento de estos dos sistemas.

17 ANÁLISIS ARMÓNICO Observar el comportamiento de la presión acústica y la distribución de esfuerzos cuando se aplique una excitación puntual armónica en la cabina.

18 CASOS: Respuesta de la presión acústica en un rango de frecuencia de 2 a 400 Hz. Respuesta de la presión acústica a una frecuencia de Hz. Respuesta del esfuerzo (Von-Mises) en un rango de frecuencia de 2 a 200 Hz. Respuesta del esfuerzo (Von-Mises) a una frecuencia de Hz.

19 Presión Acústica en el Nodo 647 ( 2 a 400 Hz) db Presión acústica en db, nodo Frecuencia en Hz Fig. 30. Presión acústica en db en el punto de aplicación de la excitación puntual armónica (nodo 647) dentro de un rango de frecuencia de 2 a 400 Hz.

20 Presión Acústica en el Nodo 387 ( 2 a 400 Hz ) db Presión acústica en db, nodo Frecuencia en Hz Fig. 31. Presión acústica en db en el nodo 387 (cerca del oído de un posible pasajero) dentro de un rango de frecuencia de 2 a 400 Hz.

21 Presión Acústica en el interior de la Cabina a la Frecuencia Natural Acoplada de Hz Fig. 32. Presión acústica en db en el interior de la cabina a la frecuencia de Hz (vista superior).

22 Fig. 33. Presión acústica en db en el interior de la cabina a la frecuencia de Hz (vista inferior).

23 Algunas Alternativas para Minimizar el Ruido Realizar modificaciones en la suspensión. Introducir elastómeros. Cambiar las propiedades de la estructura. Modificar la geometría de la cabina.

24 Esfuerzos (Von-Mises) en el Elemento 1173 (2 a 200 Hz) Pa Esfuerzos de Von-Mises en Pa Frecuencia en Hz Fig. 34. Esfuerzos en Pascales en el elemento 1173 como resultado de la excitación puntual armónica de 1N de 2 a 400 Hz.

25 Esfuerzos (Von-Mises) en las Placas de la Cabina a la Frecuencia de Hz Fig. 35. Esfuerzos en Pascales en las placas de la cabina como resultado de la excitación puntual armónica de 1N a Hz (vista superior).

26 Fig. 36. Esfuerzos en Pascales en las placas de la cabina como resultado de la excitación puntual armónica de 1N a Hz (vista inferior).

27 CONCLUSIONES: Se realizaron los siguientes análisis en una cabina de automóvil típico empleando un software de elemento finito. Campo acústico. modal Campo estructural. Campo acoplado.

28 armónico Presión acústica de un punto del fluido dentro de un rango de frecuencias. Presión acústica del fluido a una frecuencia específica. Esfuerzos en un lugar específico de la estructura dentro de un rango de Hz. Esfuerzos de la estructura a una frecuencia determinada.

29 Las aportaciones del trabajo: Un análisis de esfuerzos en las placas de la cabina. Se encontró la presión acústica del fluido encerrado a una frecuencia específica y en un rango de frecuencias para un punto determinado del fluido. Se consideró un sistema de suspensión.

30 Estos análisis ayudan en la evaluación de las zonas potencialmente críticas de ruido en las cabinas de vehículos y la distribución de esfuerzos en su estructura. Los estudios anteriores son de gran utilidad en la etapa de diseño de estas cabinas. Un modelo por computadora adecuado de la cabina reducirá los pruebas experimentales.

31 Preguntas?