BADANIA SYMULACYJNE ROZKŁADU CIŚNIENIA AKUSTYCZNEGO W OBIEKTACH O RÓŻNEJ SKALI A. Kabała (1), J. Smardzewski (2) 1) Politechnika Poznańska 2) Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu Rura impedancyjna 0.1 x 0.3 m Pomieszczenie ok. 50 m 3 Pasywne akustycznie materiały do produkcji mebli NCBiR I Konkursu PBS Umowa numer PBS1/A5/4/2012
PASYWNE AKUSTYCZNIE MATERIAŁY DO PRODUKCJI MEBLI NCBiR I Konkursu PBS Umowa numer PBS1/A5/4/2012 KATEDRA MEBLARSTWA UP w Poznaniu AGH Kraków MES - PCSS Badania eksperymentalne Badania eksperymentalne Reef (inula) ABAQUS v.6.13 (v.6.9)
KATEDRA MEBLARSTWA UP w Poznaniu Próbki materiałów AGH Kraków Wymiary próbek Właściwości materiałów Impedancje powierzchniowe Z = R + j I Badania symulacyjne MES - PCSS Badania eksperymentalne RURA IMPEDANCYJNA PN-EN ISO 10534-2 Określenie znormalizowanej impedancji z materiału PN-EN ISO 10534-1 Reef (inula) ABAQUS v 6.13 (v 6.9)
RURA IMPEDANCYJNA
Rura Kundta Rura impedancyjna AGH PN-EN ISO 10534-1 Metoda wykorzystująca współczynnik fal stojących PN-EN ISO 10534-2 Metoda funkcji przejścia Fala stojąca
RURA IMPEDANCYJNA SYMULACJE BADANIA PRÓBEK JEDNORODNYCH
SYMULACJE BADANIA PRÓBEK JEDNORODNYCH Model dyskretny rury impedancyjnej Osiowo symetryczny model dyskretny rury impedancyjnej wielkość oczka siatki 5 mm Liczba elementów ACAX8: 600 - podział długości rury (0.3 m) na 60 elementów Analizowane częstotliwości wymuszenia: 500 Hz, 1000 Hz
SYMULACJE BADANIA PRÓBEK JEDNORODNYCH PN-EN ISO 10534-1 Metoda wykorzystująca współczynnik fal stojących
SYMULACJE BADANIA PRÓBEK JEDNORODNYCH zagęszczenie siatki MES Osiowo symetryczny model dyskretny (długość 300 mm) wycinka rury impedancyjnej wielkość oczka siatki: 0.05 mm (poprzedni wymiar oczka 5 mm) liczba węzłów: 102011 liczba elementów ACAX8: 30000 - podział długości rury (0.3 m) na 6000 elementów Dla temperatury 20 [ o C] i ciśnienia 101303 [N/m 2 ] przyjęto: gęstość powietrza (Density) ρ f = 1.2 [kg/m 3 ] współczynnik sprężystości objętościowej (Bulk Modulus) K f = 141824 [N/m 2 ] Harmoniczne wymuszenie powierzchni końca rury impedancyjnej ciśnieniem akustycznym p = 1 [Pa] Analizowane częstotliwości wymuszenia: 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz Zamknięcie objętości powietrza (drugi koniec rury impedancyjnej) powierzchnią próbki, określono przy pomocy akustycznej impedancji powierzchniowej Z dla badanych próbek Przy badaniu próbek wprowadzono określoną doświadczalnie w AGH akustyczną impedancję powierzchniową Z dla badanych częstotliwości wymuszenia: 500 Hz Z = 230.50 j 1820.45 [Ns/m 3 ] 1000 Hz Z = 168.06 j 905.45 [Ns/m 3 ]
SYMULACJE BADANIA PRÓBEK JEDNORODNYCH Próbka FILCS4 rozkład ciśnienia akustycznego moduł (Magnitude) wzdłuż osi rury w słupie powietrza; stan ustalony przy częstotliwości wymuszenia 500 Hz, 1000 Hz i 2000 Hz Porównanie rozkładu ciśnienia akustycznego moduł (Magnitude) wzdłuż osi rury w słupie powietrza; stan ustalony przy częstotliwości wymuszenia 1000 Hz
RURA IMPEDANCYJNA SYMULACJE BADANIA PRÓBEK NIEJEDNORODNYCH
SYMULACJE BADANIA PRÓBEK NIEJEDNORODNYCH PROBKA_00_00 PROBKA_01_00 PROBKA_02_0A PROBKA_03_00 PROBKA_04_0A PROBKA_04_0B
Labirynt kanałów powietrza w płycie o wymiarach: 0.2 x 0.2 x 0.018 [m] Oznaczenie wycinka analizowanej objętości powietrza ograniczonej płaszczyznami symetrii w kanałach Model dyskretny PRÓBKA_ 02_0B liczba węzłów 69 583 liczba elementów 59 340 Labirynt wycinka kanałów powietrza w płycie 02_0B połączonych z badaną objętością powietrza
PRÓBKA_01_00 Oznaczenie powierzchni z impedancją powierzchniową Z=R+jI Oznaczenie powierzchni z impedancją Sklejka T8 Z T8 Oznaczenie powierzchni z impedancją Sosna Z S Elements - 33660
PROBKA_01_00 acoustic pressure (Pa) 2000 Hz
PROBKA_01_00 acoustic pressure (Pa) 2000 Hz
PROBKA_01_00 acoustic pressure (Pa) 2000 Hz
PROBKA_01_00 acoustic pressure (Pa) PROBKA_01_00 oś otworu PROBKA_01_00 obwód dna
PROBKA_01_00 acoustic pressure (Pa) COMPLEX 2000 Hz
PROBKA_01_00 współczynniki odbicia & współczynniki pochłaniania określone na podstawie symulacji MES Abaqus (reef) PN-EN ISO 10534-1 Metoda wykorzystująca współczynnik fal stojących r - wsp.odb. alfa - wsp.pochł. file p max p min p max / p min RKpr_01_00_sosna_T8_tie_700 500 Hz 2,43813 0,159349 15,30056668 0,877304879 0,230336149 pr_01_00_sosna_t8 500 Hz 1,96105 0,128168 15,30062106 0,877305288 0,230335431 RKpr_01_00_sosna_T8_tie_700 1000 Hz 1,70174 0,084205 20,20941675 0,905702263 0,179703411 pr_01_00_sosna_t8 1000 Hz 1,32532 0,065579 20,20945666 0,905702441 0,179703089 RKpr_01_00_sosna_T8_tie_700 2000 Hz 1,09438 0,081819 13,37567084 0,860876058 0,258892413 pr_01_00_sosna_t8 2000 Hz 1,00064 0,07481 13,37571615 0,860876496 0,258891658
POMIESZCZENIE objętość ok. 50 m 3 DRGANIA WŁASNE OBJĘTOŚCI POWIETRZA ODPOWIEDŹ NA WYMUSZENIE
POMIESZCZENIE objętość ok. 50 m 3
Pomieszczenie 50 m 3 POWIERZCHNIE MEBLI POSIADAJĄCE IMPEDANCJĘ POWIERZCHNIOWĄ Z = R + j I
DRGANIA WŁASNE OBJĘTOŚCI POWIETRZA W POMIESZCZENIU 50 m 3 * FREQUENCY
Pomieszczenie puste M2 30.8 Hz DRGANIA WŁASNE objętości powietrza Pomieszczenie z meblami M2 30.7 Hz M3 53.8 Hz M4 61.4 Hz M3 54.3 Hz M4 60.8 Hz
Pomieszczenie puste M6 62.1 Hz M9 81.9 Hz D R G A N I A W Ł A S N E Pomieszczenie z meblami M6 65.8 Hz M9 84.2 Hz
Pomieszczenie 50 m 3 Badane przypadki: Pomieszczenie puste Pomieszczenie 1 ściana z płytą NH Pomieszczenie 1 ściana z płytą WH Pomieszczenie z meblami Wymuszenie w głośniku A0 Odpowiedź w mikrofonie mic.1
Rodzaj materiału NH WH Pomieszczenie 50 m 3 Wymuszenie w głośniku A0 Odpowiedź w mikrofonie mic.1 Real / Częstotliwość [Hz] Imaginery 125 250 500 1000 2000 4000 R 32647.2 27521.5 19028.1 8126.7 2894.32 1815.1 I -30464.6-12136.0-8047.8-3584.9 2132.7 3603.5 R 8721.10 3625.1 2567.9 1414.5 1553.2 385.8 I -14585.3-9447.4-5469.0-2223.3-995.2 584.5
Pomieszczenie 50 m 3 Czas pogłosu T 60 wyznaczony po przetworzeniu wyników symulacji numerycznej (Abaqus) Czas pogłosu T 60 wyznaczano na drodze wtórnego cyfrowego przetwarzania sygnału ciśnienia akustycznego p(t) eksportowanego z systemu ABAQUS w postaci dyskretnego szeregu czasowego. Postprocessing realizowany był z wykorzystaniem aplikacji autorstwa R. Barczewskiego wykonanej w środowisku DASYLab
Podziękowanie za uwagę