Análise harmônica de cavidades acústicas pelo método dos elementos de contorno direto

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2014.O estudo de cavidades acústicas é uma área de grande interesse em diversas áreas da industria. Em aplicações automotivas, o projeto de abafadores reativos ou dissipativos tem uso em diversas aplicações na admissão e na exaustão de motores de combustão interna. Em aplicações petrolíferas, o controle de ruído é uma necessidade em dutos para redução de ações acústicas gerados por máquinas ou pelo próprio fluxo ou sua interação com acidentes (curvas, junções T, válvulas, reduções, entre outros). Ou ainda em aplicações biomecânicas, o estudo do trato vocal repercute em domínios da fonoaudiologia, síntese da voz, e no ensino/treinamento de cantores líricos. Inúmeras são as aplicações práticas quando as soluções permitem a avaliações de cavidades tão complexas e diferentes. Uma das formas de prever numericamente o comportamento acústico é com o Método de Elementos de Contorno. Este método possui características interessantes para a solução de problemas acústicos sem poluição numérica em altas frequências. O presente trabalho aborda a acústica de cavidades através do método dos Elementos de Contorno Direto. A implementação numérica é realizada em MATLAB devido as possibilidades de solução computacional e de visualização dos resultados. A construção de malhas em elementos de contorno usa o programa GiD. O código implementado é utilizado para obter o comportamento acústico de cavidades de geometria simples e esse resultado é comparado com soluções analíticas (soluções fechadas e matriz de transferência) e resultados numéricos de modelos do Método de Elementos Finitos obtidos utilizando o software comercial Ansys 14:5. O código implementado é então utilizado para obter o comportamento acústico de cavidades de geometria complexa em colaboração com o Laboratório de Vibrações (UnB FT/EnM/GDS).The study of acoustic cavities is a highly interesting area for numerous industry segments.The design of reactive or dissipative mufflers in the admission or exhaustion of internal combustion engines is a concern in the automotive industry. In petrochemical applications, the noise control is a necessity for the reduction of acoustic effects generated by the machinery or the flow inside the duct itself (curves. T junctions, valves, reductions, for example). There are even biomechanical applications, the study of the vocal tract bounces in the domain of phonoaudiology, voice synthesis and in the teaching/coaching of lyrical singers. There are countless applications for the evaluation of solutions of cavities with complex geometries. One of the ways to numerically predict the acoustic behavior is using the Boundary Element Method. This method possesses interesting characteristics for the solution of acoustic problems with no numeric pollution in the high frequencies. The present work assesses cavity acoustics by means of the Direct Boundary Element Method. The numerical implementation is performed in the MATLAB programing environment for its capacity of computational solution and results visualisation. Mesh construction in boundary elements is carried out using commercial program GiD. The implemented code is used to obtain the acoustic behavior of simple geometry cavities and this result is compared with analytical solutions (closed solutions and transfer matrix) and numerical results of Finite Element Method models obtained using commercial software Ansys 14:5. The implemented code is then used to obtain the acoustic behavior of complex geometry cavities in collaboration with the Laborat´orio de Vibrac¸ ˜oes (UnB - FT/EnM/GDS)