La acústica estructural es el estudio de las ondas mecánicas en las estructuras y cómo interactúan con los medios adyacentes y se irradian hacia ellos. El campo de la acústica estructural a menudo se conoce como vibroacústica en Europa y Asia. [ cita requerida ] Las personas que trabajan en el campo de la acústica estructural se conocen como acústicos estructurales. [ cita requerida ] El campo de la acústica estructural puede estar estrechamente relacionado con varios otros campos de la acústica, incluidos el ruido , la transducción , la acústica subacuática y la acústica física .
Las ondas de compresión (a menudo denominadas ondas longitudinales ) se expanden y contraen en la misma dirección (o en sentido opuesto) que el movimiento de la onda. La ecuación de onda determina el movimiento de la onda en la dirección x.
donde es el desplazamiento y es la velocidad de la onda longitudinal. Tiene la misma forma que la ecuación de onda acústica en una dimensión. Está determinada por las propiedades ( módulo volumétrico y densidad ) de la estructura según
Cuando dos dimensiones de la estructura son pequeñas con respecto a la longitud de onda (comúnmente llamada haz), la velocidad de la onda está determinada por el módulo de Young en lugar de y, en consecuencia, son más lentas que en medios infinitos.
Las ondas transversales se producen debido a la rigidez transversal y siguen una ecuación similar, pero con el desplazamiento ocurriendo en la dirección transversal, perpendicular al movimiento de la onda.
La velocidad de la onda transversal está determinada por el módulo transversal , que es menor que y , lo que hace que las ondas transversales sean más lentas que las ondas longitudinales.
La mayor parte de la radiación sonora es causada por ondas de flexión que deforman la estructura transversalmente a medida que se propagan. Las ondas de flexión son más complejas que las ondas de compresión o de corte y dependen de las propiedades del material, así como de las propiedades geométricas. También son dispersivas , ya que las diferentes frecuencias viajan a diferentes velocidades.
El análisis de elementos finitos se puede utilizar para predecir la vibración de estructuras complejas. Un programa informático de elementos finitos ensamblará las matrices de masa, rigidez y amortiguamiento en función de las geometrías de los elementos y las propiedades de los materiales, y calculará la respuesta de vibración en función de las cargas aplicadas.
Cuando una estructura vibrante está en contacto con un fluido, las velocidades normales de las partículas en la interfaz deben conservarse (es decir, ser equivalentes). Esto hace que parte de la energía de la estructura se escape al fluido, parte de la cual se irradia en forma de sonido, parte de la cual permanece cerca de la estructura y no se irradia. Para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, la simulación numérica de las interacciones fluido-estructura involucradas en la vibroacústica se puede lograr mediante el acoplamiento del método de elementos finitos y el método de elementos de contorno .
![{\displaystyle {[-\omega ^{2}\mathbf {M} +j\omega \mathbf {B} +(1+j\eta )\mathbf {K} ]}{\mathbf {d} =\mathbf {F} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1f6cc59b960eb7852b4f0f9fc7b32381517b402e)