Relatore
Descrizione
- Introduzione
Negli ultimi anni l’interesse verso l’ambito NVH e quello del comfort acustico è cresciuto significativamente, spinto dalla necessità di ridurre il rumore negli spazi abitativi, lavorativi e pubblici. L’interazione tra vibrazioni strutturali ed onde acustiche gioca un ruolo cruciale in molteplici applicazioni ingegneristiche, dalla progettazione di edifici e veicoli fino allo sviluppo di dispositivi industriali. In questo scenario è stato creato Computed Acoustic Finite Element (CAFE), un solutore open source dell’equazione di Helmholtz agli elementi finiti, il quale include un solutore strutturale ed è in grado di risolvere direttamente i problemi di interazione acustico-strutturale, utilizzando geometrie discretizzate anche esse mediante risorse open source. Il presente lavoro riguarda dunque la comprensione e l’implementazione della metodologia utilizzata per la discretizzazione del campo acustico e dell’accoppiamento tra due differenti fisiche utilizzando gli elementi finiti.
2. Metodologia
Il codice è stato creato per avere un mezzo proprietario che permettesse lo studio del campo acustico. Il punto di partenza è quindi la discretizzazione dell’equazione di Helmholtz agli elementi finiti e la successiva scrittura di diverse condizioni al contorno per il campo acustico. In particolare, è stata posta attenzione sulla scrittura delle PML (Perfectly matched layer) delle zone di dominio computazionale che permettono di simulare un campo infinito. Infine, in CAFE è stato implementato un codice, sviluppato anch’esso internamente, che permette la risoluzione del campo strutturale. L’accoppiamento agli elementi finiti ha così permesso la creazione del modulo vibro acustico.
3. Risultati
Per validare il codice è stato deciso di confrontarlo con software numerici commerciali, in particolare il caso studio prevede la simulazione della generazione di onde acustiche dovute al movimento di una struttura in un campo acustico. Sono state considerate differenti velocità della struttura, differenti fluidi così come condizioni al contorno.
Il confronto dei risultati ottenuti è stato effettuato scegliendo come variabile d’interesse la pressione acustica all’interno del condotto, la quale è stata misurata in diversi punti e confrontata con i casi benchmark. I risultati mostrano come CAFE riesca a replicare l’andamento delle pressioni ottenute dalle simulazioni condotte con software commerciali come COMSOL Multiphysics, anche utilizzando diverse condizioni al contorno, il che indica come il software possa fornire risultati affidabili.
4. Conclusioni
Tale lavoro ha permesso la comprensione dell’utilizzo degli elementi finiti per simulare il campo acustico. In particolare sono stati utilizzati diversi tipi di elementi comprendendo quale fosse il più adatto alle simulazioni condotte, inoltre diverse condizioni al contorno del campo acustico sono state implementate e validate. I promettenti risultati ottenuti evidenziano come sia possibile utilizzare CAFE per simulazioni multi-fisiche. Nel prossimo futuro il codice sarà utilizzato per studiare come il moto medio del fluido e l’eventuale la presenza di moti vorticosi possano influenzare il comportamento della struttura e la sua interazione con il fluido.
