İstatistiksel enerji analizi - Statistical energy analysis

İstatistiksel enerji analizi (SEA) iletimini tahmin etmek için bir yöntemdir ses ve titreşim karmaşık aracılığıyla yapısal akustik sistemleri. Yöntem, bir ürünün erken tasarım aşamasında hızlı sistem düzeyinde yanıt tahminleri ve daha yüksek frekanslarda yanıtları tahmin etmek için özellikle çok uygundur. SEA'da bir sistem, bir dizi bağlı alt sistem ve bir dizi doğrusal denklemler her bir alt sistemdeki enerjinin girişini, depolanmasını, iletimini ve dağılımını tanımlayan türetilmiştir. SEA denklemlerindeki parametreler, tipik olarak her bir alt sistemin yerel dinamik özellikleri hakkında belirli istatistiksel varsayımlar yapılarak elde edilir ( oda akustiği ve Istatistik mekaniği ). Bu varsayımlar, analizi önemli ölçüde basitleştirir ve diğer yöntemleri kullanarak analiz edilemeyecek kadar karmaşık olan sistemlerin yanıtlarını analiz etmeyi mümkün kılar (örneğin sonlu elemanlar ve sınır öğesi yöntemler).

Tarih

SEA'nın ilk türetilmesi, 1959'da Richard Lyon tarafından yapılan bağımsız hesaplamalardan ortaya çıktı.[1] ve Preston Smith[2] uzaysal olarak dağıtılmış rasgele yüklemeye maruz kalan büyük karmaşık havacılık yapılarının tepkisini analiz etmek için yöntemlerin geliştirilmesi ile ilgili çalışmanın bir parçası olarak. Lyon'un hesaplaması, belirli koşullar altında, iki bağlı osilatör arasındaki enerji akışının osilatör enerjilerindeki farkla orantılı olduğunu gösterdi (yapısal-akustik sistemlerde bir termal analojinin var olduğunu düşündürür). Smith'in hesaplaması, bir yapısal modun ve bir dağınık yankılanan ses alanının, modun sönümlenmesi azaldığında bir 'enerji eşit bölüşümü' durumuna ulaştığını gösterdi (yapısal-akustik sistemlerde bir termal denge durumunun olabileceğini düşündürür). İki osilatör sonucunun daha genel sistemlere genişletilmesi, genellikle SEA'ya modal yaklaşım olarak adlandırılır.[3][4] Modal yaklaşım, enerji akışını yöneten mekanizmalara fiziksel içgörü sağlarken, on yıllardır önemli tartışmalara konu olan varsayımları içerir.[5] Son yıllarda, dalga yaklaşımlarına dayalı SEA denklemlerinin alternatif türevleri kullanıma sunulmuştur. Bu tür türetmeler, bir dizi modern ticari SEA kodunun arkasındaki teorik temeli oluşturur ve bir SEA modelinde parametrelerin hesaplanması için genel bir çerçeve sağlar.[6] SEA parametrelerinin tahminlerini elde etmek için işleme sonrası FE modellerine yönelik bir dizi yöntem de mevcuttur. Lyon, 1975'teki ilk SEA ders kitabında bu tür yöntemlerin kullanımından bahsetti, ancak yıllar boyunca bir dizi alternatif türetme sunuldu.[7][8][9][10]

Yöntem

SEA ile ilgili bir gürültü ve titreşim problemini çözmek için, sistem bir dizi bileşene (örneğin tabaklar kabukları kirişler ve çeşitli bağlantı noktalarında birbirine bağlanan akustik boşluklar). Her bileşen bir dizi farklı yayılan dalga türünü destekleyebilir (örneğin, bükme, boyuna ve makaslama ince bir izotropik plakadaki dalga alanları). SEA açısından bakıldığında, yankılanan alan Her bir dalga alanı, ortogonal bir enerji deposunu temsil eder ve bu nedenle, SEA denklemlerinde ayrı bir enerji serbestlik derecesi olarak temsil edilir. Her bir yankılanan alanın enerji depolama kapasitesi, dalgaların alt sistem boyunca enerjiyi yaydığı ortalama hıza bağlı olan 'modal yoğunluk' adı verilen bir parametre ile tanımlanır (ortalama grup hızı ) ve alt sistemin genel boyutu. Belirli bir bağlantı tipinde farklı dalga alanları arasında enerji iletimi, 'kuplaj kaybı faktörleri' adı verilen parametrelerle tanımlanır. Her bir bağlantı kaybı faktörü, belirli bir kaynak alt sisteminin yankılanma alanındaki birim enerji başına belirli bir alıcı alt sistemin doğrudan alanına giriş gücünü tarif eder. Bağlantı kaybı faktörleri, tipik olarak, dalgaların farklı bağlantı türlerinde (örneğin, nokta, çizgi ve alan kavşakları) saçılma şekli dikkate alınarak hesaplanır. Kesin olarak, SEA, bir popülasyonun veya bir sistem grubunun ortalama tepkisini tahmin eder ve bu nedenle birleştirme kaybı faktörleri ve mod yoğunlukları, topluluk ortalama miktarlarını temsil eder. Bağlanma kaybı faktörlerinin hesaplanmasını basitleştirmek için, genellikle her bir alt sistemde (bir grup boyunca bakıldığında) önemli bir dağılım olduğu varsayılır, böylece aynı alt sisteme birden fazla bağlantı arasında doğrudan alan iletimi ihmal edilebilir ve yankılanan iletim baskındır. Pratik anlamda, bu, SEA'nın, her bir alt sistemin bir dalga boyuna kıyasla daha büyük olduğu (veya modal bir bakış açısından, her bir alt sistemin belirli bir ilgi konusu frekans bandında birkaç mod içerdiği) problemler için genellikle en uygun olduğu anlamına gelir. SEA denklemleri, nispeten az sayıda serbestlik derecesi içerir ve bu nedenle, belirli bir dış giriş gücü kümesine bağlı olarak her bir alt sistemdeki yankılanan enerjiyi bulmak için kolayca tersine çevrilebilir. Her bir alt sistemdeki (topluluk ortalaması) ses basıncı seviyeleri ve titreşim hızları, daha sonra her bir alt sistemdeki doğrudan ve yankılanan alanların üst üste getirilmesiyle elde edilebilir.

Başvurular

Geçtiğimiz yarım yüzyılda, SEA, gürültü ve titreşimin önemli olduğu hemen hemen her endüstride uygulamalar bulmuştur. Tipik uygulamalar şunları içerir:

  • Otomotiv, uçak, rotorlu uçak ve tren uygulamalarında iç gürültü tahmini ve ses paketi tasarımı
  • Deniz uygulamalarında iç ve dış yayılan gürültü
  • Fırlatma araçları ve uzay aracındaki dinamik ortamların tahmini
  • Bulaşık makineleri, çamaşır makineleri ve buzdolapları gibi tüketim mallarından kaynaklanan gürültünün tahmini
  • Jeneratörlerden ve endüstriyel soğutuculardan gelen gürültünün tahmini
  • Binaların içinden geçen hava kaynaklı ve yapı kaynaklı gürültünün tahmini
  • Muhafazaların tasarımı vb.

INTERNOISE, NOISECON, EURONOISE, ICSV, NOVEM, SAE N&V gibi konferansların bildirilerinde ek örnekler bulunabilir.

Yazılım uygulamaları

İstatistiksel Enerji Analizi için çeşitli ticari çözümler mevcuttur:

Ücretsiz çözümler:

  • İstatistiksel Enerji Analizi Ücretsiz Yazılım,[17]
  • SEAlab - Applied Acoustics, Chalmers, İsveç'ten Matlab / Octave'de açık kod (açık kaynak)[18]

Referanslar

  1. ^ LYON, R.H .; MAIDANIK, G .: Doğrusal Eşleştirilmiş Osilatörler Arasındaki Güç Akışı, Journal of the Acoustical Society of America; 34, s. 623–639, 1962
  2. ^ Smith, P. W. "Ses tarafından uyarılan yapısal modların tepkisi ve radyasyonu." The Journal of the Acoustical Society of America 34.5 (1962): 640-647.
  3. ^ Lyon, Richard H. Dinamik sistemlerin istatistiksel enerji analizi: teori ve uygulamalar. 1975.
  4. ^ Le Bot, A., "Vibroakustikte istatistiksel enerji analizinin temeli. Oxford University Press, 2015.
  5. ^ Fahy, F J., "İstatistiksel enerji analizi: kritik bir genel bakış." Londra Kraliyet Cemiyeti'nin Felsefi İşlemleri. Seri A: Fiziksel ve Mühendislik Bilimleri 346.1681 (1994): 431-447. ".
  6. ^ Shorter, P. J. ve Langley R. S., "Karmaşık sistemlerin vibro-akustik analizi." Journal of Sound and Vibration 288.3 (2005): 669-699.
  7. ^ Lalor, N. "Tamamen monte edilmiş bir yapıda SEA kayıp faktörünün ölçümü", ISVR Technical Report 150, 1987
  8. ^ Simmons, C. "Plaka kavşaklarından yapı kaynaklı ses iletimi ve sonlu elemanlar yöntemini kullanarak deniz birleştirme kaybı faktörlerinin tahminleri", Journal of Sound and Vibration, 144 (2) 215-227, 1991
  9. ^ MACE, B. ve diğerleri "SONLU ELEMAN ANALİZİNDEN ENERJİ AKIŞ MODELLERİ", Journal of Sound and Vibration, (233) 3, 2000, 369-389
  10. ^ Borello G. ve diğerleri "Sanal SEA: Sonlu Eleman Analizine dayalı orta frekanslı yapı kaynaklı gürültü modellemesi", SAE Gürültü ve Titreşim Konferansı - 6-8 Mayıs 2003 - Traverse City, Michigan, ABD
  11. ^ "Actran Ürünü". Ücretsiz Alan Teknolojileri, MSC Yazılımı. Alındı 2019-02-22.
  12. ^ "Yazılım çözümleri". ESI Grubu. Alındı 2017-03-10.
  13. ^ "SEAM akustik ve titreşim tahmin yazılımı". Seam.com. Alındı 2017-03-10.
  14. ^ "wave6". Dassault Systèmes SIMULIA. Alındı 2018-07-20.
  15. ^ "İstatistiksel Enerji Analizi SEA Yazılımı - GSSEA-Light - Gothenburg Sound AB". Gothenburgsound.se. Alındı 2017-03-10.
  16. ^ "InterAC". Interac.fr. Alındı 2017-03-10.
  17. ^ "Ev". Free-sea.de. Alındı 2017-03-10.
  18. ^ "Uygulamalı Akustik - SEAlab". Ta.chalmers.se. Arşivlenen orijinal 2011-10-07 tarihinde. Alındı 2017-03-10.