Estructura de la Tesis

Para desarrollar los objetivos propuestos, el trabajo se ha estructurado en los siguientes capítulos:

El capítulo 1 describe los antecedentes y los objetivos que determinaron la presente investigación y se describen los contenidos de cada una de los apartados del documento de tesis doctoral.

En el capítulo 2 se exponen los conceptos teóricos que fundamentan el desarrollo metodológico y experimental de la investigación. Inicialmente se explica lo referente a sistemas discretos y análisis modal de sistemas mecánicos, así mismo lo referente al amortiguamiento. En segundo lugar, se desarrollan las ecuaciones que explican la vibración de vigas, placas y membranas y la radiación acústica de estas estructuras. En tercer lugar, se exponen los conceptos básicos sobre el procesamiento de datos en el espacio-k y la holografía acústica de campo cercano NAH. El siguiente apartado, el cuarto, expone las generalidades sobre el método numérico más usado en la resolución de problemas en ingeniería: el método de los elementos Finitos MEF. Finalmente, se explica el flujo de energía en sistemas acoplados y el factor de pérdidas por acoplamiento, estos dos conceptos se explican a través de la terminología básica del Análisis estadístico de la energía (SEA-Statistical Energy Analysis) para sistemas en estado estacionario y transitorio. Posteriormente, en el capítulo 4 se profundiza en los conceptos de SEA relacionados con la propagación de energía en uniones en edificaciones.

El capítulo 3, presenta los experimentos realizados con elementos tipo viga. En primer lugar, se muestra la base experimental usada y la manera como se obtuvieron las propiedades mecánicas del material con que fueron fabricados los especímenes usados para los test. En segundo término, se demuestra la influencia de las condiciones de contorno en la realización de los experimentos. Seguido a esto, se exponen los dos procedimientos experimentales que dan vía a la obtención de los resultados para caracterizar las estructuras tipo viga. El primer procedimiento, está asociado al estudio de las vigas de sección transversal no uniforme obteniendo los resultados de

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movilidad, flujo de potencia y factor de perdida por acoplamiento, según los preceptos de SEA. El segundo procedimiento explica un sistema de medida alternativo en el campo acústico con el cual se hacen análisis en frecuencia, en tiempo y en el espacio-k, permitiendo obtener cualidades de la estructura, como las formas modales y la velocidad de propagación de las ondas de flexión. Al comparar los resultados con las técnicas tradicionales y experimentos en MEF los procedimientos experimentales presentados en este capítulo registran una desviación menor al 5%.

En el capítulo 4, se explica la validación de un procedimiento experimental alternativo, para la caracterización de sistemas acoplados en acústica de la edificación. La técnica se ha aplicado en estructuras de tamaño reducido con el ánimo de estudiar la fenomenología de la transmisión de las vibraciones. La discusión de los resultados se hace en torno a la evaluación del comportamiento modal y el análisis en régimen estacionario y transitorio, lo cual permite estimar el tiempo de reverberación estructural, la diferencia de nivel normalizado y el índice de reducción de las vibraciones. Los resultados se han comparado con técnicas convencionales obteniendo una alta correlación, con errores relativos de no más del 5%.

El capítulo 5, expone la obtención de la impedancia de transferencia usando como técnica de medida la holografía acústica de campo cercano NAH. A partir de NAH se determina la velocidad de vibración de la superficie de una capa de material absorbente, que a su vez está adherido a una placa metálica circular que emula un pistón rígido, los resultados son validados con el Modelo analítico de Biot [6], [7] para el cálculo de la impedancia acústica de materiales absorbentes mostrando una gran correlación entre los datos. Además, se calcula la eficiencia de radiación del sistema con y sin material absorbente usando las ecuaciones de propagación de NAH. Los resultados se comparan con los obtenidos aplicando el modelo de radiación por impedancia propuesto en [4] el cual está basada en la hipótesis del desacoplamiento de la parte vibratoria y la acústica de un sistema placa-poroso para determinar la eficiencia de radiación.

En el sexto capítulo, se propone un método inverso para evaluar los parámetros elásticos de un material visco-poro-elástico: Modulo de Young, de

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Compresibilidad, de elasticidad transversal, de onda P y el primer parámetro de Láme. Estos parámetros se estiman a partir de las mediciones de aceleración según el procedimiento experimental para la obtención de la rigidez dinámica [2]. Este método inverso se justifica mediante un riguroso estudio analítico. En este capítulo, también, se prueba la validez de la solución analítica mediante un modelo numérico de elementos finitos en ANSYS®. Finalmente, se presentan las conclusiones generales del trabajo doctoral y se proponen futuras líneas de investigación, seguido de un apartado de Anexos donde se expone la manera de calibración de la fuente y señal usada.

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CAPÍTULO 2: CONCEPTOS

En este capítulo se resumen los conceptos que serán utilizados en el presente documento.

En la primera sección, se explican los fundamentos sobre sistemas discretos y análisis modal que son utilizados en la totalidad del trabajo, especialmente, en las aportaciones que se realizan en el capítulo 6.

En la segunda sección, se aborda la cuestión de la propagación de las ondas de flexión y la radiación acústica generada por éstas. Estos contenidos conectan directamente con parte de las contribuciones del capítulo 3.

En la sección 2.3, se explican los fundamentos de la técnica de la holografía acústica de campo cercano (NAH) y del procesado en el espacio-k. La técnica NAH se aplicará en el capítulo 5 de este trabajo de tesis doctoral, para obtener la Impedancia de transferencia de un material absorbente tipo fibroso (Fibra de PET reciclado) y estimar la eficiencia de radiación de una sistema pistón circular plano encastrado en una pantalla infinita. En el capítulo 3, se hace uso del procesado en el espacio-k con el objeto de facilitar la visualización del campo radiado por encima de la frecuencia crítica en una viga de sección transversal rectangular uniforme.

La cuarta sección está dedicada a los fundamentos del método numérico de los elementos finitos (MEF) aunque sólo se ha utilizado como método de

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verificación de los experimentos propuestos. Concretamente se han utilizado dos herramientas computacionales para los modelos numéricos, ANSYS® (Versión 15.0.7) [10] y COMSOL Multiphysics® (versión 4.3) [9], ambos programas especializados en la resolución de problemas de física e ingeniería usando MEF, que permiten acoplar varios problemas físicos en un solo modelo. En este caso, se ha usado el módulo de mecánica estructural (Structural Mechanics).

El método SEA, cuyos conceptos básicos se explican en la sección 2.5, se ha utilizado en el capítulo 3, al estimar el flujo de potencia entre dos partes de una viga de distinta sección tranversal, con el objetivo de evaluar el factor de pérdidas por acoplamiento (CLF) así como en el capítulo 4, donde se estudia el índice de reducción vibracional en un sistema más complejo en forma de esquina