Análise de guias de ondas via método dos elementos finitos

Abstract

A hipótese de estruturas periódicas é muito usada em várias aplicações em engenharia, indo de plataformas de petróleo a projetos aeroespaciais. Tais estruturas podem ter seu comportamento vibroacústico interpretado através de suas propriedades de propagação de ondas, como uma alternativa à interpretação modal, fornecendo diferentes informações para análise e projeto. Em geral, estruturas com geometrias e materiais complexos não permitem soluções analíticas e algum método numérico é necessário. O presente trabalho estuda os aspectos de implementação e interpretação física de um método numérico de propagação de ondas, o método de Ondas e Elementos Finitos (WFE). Neste trabalho, são analisadas estruturas simples, unidimensionais, com solução analítica. O número de onda e a velocidades de fase e grupo são definidas e e conceitualmente exploradas. Em seguida o método WFE é aplicado, e as características de propagação do guia de onda são calculadas através de um modelo de Elementos Finitos de uma fatia de sua seção transversal. O método permite extrair aspectos de interpretação física da dinâmica das estruturas analisadas que a interpretação puramente modal não permitiria. ______________________________________________________________________ ABSTRACT

The assumption of periodic structures is widely used in engineering application, such as oil platform and aerospace design. Such structures can have their vibroacustic behaviour interpreted by their wave characteristics, as an alternative to the model interpretation, providing extra information for analysis and design. In general, structures with complex material and geometry do not have available analytical solution therefore requiring some numerical approach. This work study implementation and physical interpretation aspects of a numerical approach for wave propagation, the Wave and Finite Element Method (WFE). In this work, simple and one-dimensional structures with analytical solution are analysed. The wavenumber, group and phase velocity are defined. The method allows a physical interpretation from the dynamics of the structure under analysis that a purely modal approach would not capture.