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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Vibroacoustic modeling of periodic cylindrical shells with internal fluid via wave finite element method = Modelagem vibro acústica de cascas cilíndricas periódicas com fluido interno utilizando método dos elementos finitos de onda
Title Alternative: Modelagem vibro acústica de cascas cilíndricas periódicas com fluido interno utilizando método dos elementos finitos de onda
Author: Sousa, Rayston Werner Oliveira, 1994-
Advisor: Santos, José Maria Campos dos, 1953-
Abstract: Resumo: O método dos elementos finitos de onda é proposto para modelar cristais fonônicos de cascas cilíndricas preenchidas com fluido. Essa abordagem numérica é também aplicada para analisar a propagação da onda guiada e o comportamento vibro acústico em cascas cilíndricas periódicas. Neste estudo, assume-se que as cascas cilíndricas são lineares elásticas e modeladas com elementos de casca plana 2D, enquanto os fluidos internos são considerados acústicos e modelados com elementos lineares 3D. É utilizada uma suposição periódica de malhas de elementos finitos, o que permite a descrição de uma casca cilíndrica inteira preenchida com fluido em termos de idênticos subsistemas, que são compostos por partes estruturais e partes fluidas e que são montados em conjunto ao longo de uma direção reta. Ao considerar o modelo de elementos finitos de um subsistema, pode-se derivar uma relação de matriz de transferência que liga as quantidades cinemáticas/mecânicas entre as seções transversais direita e esquerda. Os autovalores e autovetores da matriz de transferência fornecem os chamados modos de onda, isto é, os parâmetros de ondas/números de onda e as formas de onda. Além disso, o método dos elementos finitos de onda é aplicado para calcular as respostas vibro acústicas de cascas cilíndricas cheias de fluido de comprimento finito e cujas extremidades esquerda e direita estão sujeitas a vetores prescritos de deslocamentos/pressões e forças elásticas/acústicas. Ademais, o método dos elementos finitos ondulatórios é usado para calcular bandas proibidas em cristais fonônicos elásticos de placas e cascas cilíndricas com distribuição periódica de diferentes propriedades elásticas. Bandas proibidas geradas pelo efeito de espalhamento de Bragg são calculadas com o método dos elementos finitos de onda através de diferentes casos de teste. Os resultados são apresentados na forma de diagramas de dispersão e funções de resposta de frequência. A relevância do método dos elementos finitos ondulatórios é claramente demonstrada em comparação com diferentes soluções analíticas e numéricas. Finalmente, os efeitos das bandas proibidas em PC de cascas cilíndricas com fluido interior são investigados. Portanto, é destacado o potencial do método dos elementos finitos de onda para projetar sistemas periódicos que podem ser usados para atenuação de vibração e ruído

Abstract: The wave finite element (WFE) method is proposed for modeling fluid-filled phononic crystal (PC) cylindrical shells. This numerical approach also is applied to analyze the guided wave propagation and vibroacoustic behavior in periodic cylindrical shells. In this study, the cylindrical shells are assumed to be linear elastic and modeled with 2D flat shell elements, while the inner fluids are assumed to be acoustic and modeled with 3D linear elements. A periodic finite element (FE) mesh assumption is used which enables the description of a whole fluid-filled cylindrical shell in terms of identical subsystems which are composed of structure parts and fluid parts, and which are assembled together along a straight direction. By considering the FE model of a subsystem, a transfer matrix relation can be derived which links the kinematic/mechanical quantities between the right and left cross-sections. Eigenvalues and eigenvectors of the transfer matrix provide the so-called wave modes, i.e., the wave parameters/wave numbers and the wave shapes. Besides, the WFE method is applied to compute the vibroacoustic responses of fluid-filled cylindrical shells of finite length and whose left and right ends are subject to prescribed vectors of displacements/pressures and elastic/acoustic forces. In addition, the WFE method is used to calculate band gaps in elastic phononic crystal plates and cylindrical shells with a periodic distribution of different elastic properties. Band gaps generated by Bragg scattering effect are calculated with the WFE method through different test cases. Results are presented in the form of dispersion diagrams and frequency response functions. The relevance of the WFE method is clearly demonstrated in comparison with different analytical and numerical solutions. Finally, band gap effects in PC cylindrical shells with internal fluid are investigated. Therefore, the potential of WFE method to design periodic systems that can be used to vibration and noise attenuation is highlight
Subject: Cascas (Engenharia)
Interação fluido-estrutura
Cristais fonônicos
Propagação de ondas
Método dos elementos finitos
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: SOUSA, Rayston Werner Oliveira. Vibroacoustic modeling of periodic cylindrical shells with internal fluid via wave finite element method = Modelagem vibro acústica de cascas cilíndricas periódicas com fluido interno utilizando método dos elementos finitos de onda. 2018. 1 recurso online (76 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331834>. Acesso em: 3 set. 2018.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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