Un modelo de alta frecuencia de una viga circular con una sección transversal en forma de T
Autores: Hull, Andrew J.; Perez, Daniel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Un modelo de alta frecuencia de una viga circular con una sección transversal en forma de T
Categoría
Artes
Subcategoría
Música
Palabras clave
Modelo analítico
Viga circular
Sección transversal en forma de T
Rango de alta frecuencia
Coeficientes de propagación de ondas
Modelado por elementos finitos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 13
Citaciones: Sin citaciones
Este artículo deriva un modelo analítico de una viga circular con una sección transversal en forma de T para su uso en el rango de alta frecuencia, definido aquí como aproximadamente de 1 a 50 kHz. La sección transversal en forma de T está compuesta por una alma exterior y una brida interior. El movimiento en el plano del alma se modela con ecuaciones de movimiento de elasticidad bidimensional, y la porción izquierda y la porción derecha de la brida se modelan por separado con ecuaciones de shell de Timoshenko. Las ecuaciones diferenciales se resuelven con coeficientes de propagación de ondas desconocidos multiplicados por funciones de dominio espacial de Bessel y exponenciales. Estos se insertan en ecuaciones de restricción y equilibrio en la intersección del alma y la brida, y en condiciones de contorno en los bordes del sistema. Se formulan dos casos separados: movimiento estructural axisimétrico y movimiento estructural no axisimétrico, y estos resultados se suman para la solución total. El caso axisimétrico produce 14 ecuaciones algebraicas lineales y el caso no axisimétrico produce 24 ecuaciones algebraicas lineales. Estas se resuelven para obtener los coeficientes de propagación de ondas, lo que da una solución correspondiente al campo de desplazamiento en las direcciones radial y tangencial. Se discuten las dinámicas de la dirección longitudinal, pero no se resuelven en este artículo. Se formula un problema de ejemplo y se compara con soluciones de modelado de elementos finitos totalmente elásticos. Se muestra que el rango de frecuencia preciso de este nuevo modelo se compara muy favorablemente con el análisis de elementos finitos hasta 47 kHz. Este nuevo modelo analítico es aproximadamente cuatro órdenes de magnitud más rápido en tiempo de computación que los modelos de elementos finitos correspondientes.
Descripción
Este artículo deriva un modelo analítico de una viga circular con una sección transversal en forma de T para su uso en el rango de alta frecuencia, definido aquí como aproximadamente de 1 a 50 kHz. La sección transversal en forma de T está compuesta por una alma exterior y una brida interior. El movimiento en el plano del alma se modela con ecuaciones de movimiento de elasticidad bidimensional, y la porción izquierda y la porción derecha de la brida se modelan por separado con ecuaciones de shell de Timoshenko. Las ecuaciones diferenciales se resuelven con coeficientes de propagación de ondas desconocidos multiplicados por funciones de dominio espacial de Bessel y exponenciales. Estos se insertan en ecuaciones de restricción y equilibrio en la intersección del alma y la brida, y en condiciones de contorno en los bordes del sistema. Se formulan dos casos separados: movimiento estructural axisimétrico y movimiento estructural no axisimétrico, y estos resultados se suman para la solución total. El caso axisimétrico produce 14 ecuaciones algebraicas lineales y el caso no axisimétrico produce 24 ecuaciones algebraicas lineales. Estas se resuelven para obtener los coeficientes de propagación de ondas, lo que da una solución correspondiente al campo de desplazamiento en las direcciones radial y tangencial. Se discuten las dinámicas de la dirección longitudinal, pero no se resuelven en este artículo. Se formula un problema de ejemplo y se compara con soluciones de modelado de elementos finitos totalmente elásticos. Se muestra que el rango de frecuencia preciso de este nuevo modelo se compara muy favorablemente con el análisis de elementos finitos hasta 47 kHz. Este nuevo modelo analítico es aproximadamente cuatro órdenes de magnitud más rápido en tiempo de computación que los modelos de elementos finitos correspondientes.