Subsystem identification in statistical energy analysis

Abstract

One of the most important things when we want to solve a mechanical or vibroacoustic problem falls on subdivision of the study domain, which directly affects the process. Thus, in this thesis we present a detailed study of the subsystem identification technique, that in the case of SEA (Statistical Energy Analysis) method is based on the classification of the domain according to transfer energy between subsystems. A subsystem is a set of nodes with a similar behaviour, which allows us to subdivide a domain into different groups. This subdivision is achieved by performing a cluster analysis of the transfer matrix powers. The Transfer matrix, which we obtain from the mechanical properties of our engineering structure, allows us to describe and quantify the direct transmission of signals between nodes. The identification of subsystems in complex or large geometries is very useful in the SEA method applied to vibroacoustic problems, but also to the reduction of the operational cost in a finite element problems, such as it has been done in this thesis, optimising the Newmark method. All these concepts are implemented, a posteriori, in the analysis of vibroacoustics problems through different representative geometries, in order to analyse the accuracy and applicability of the method.

Una de les parts més importants a l’hora de voler resoldre un sistema mecànic o vibroacústic recau en la subdivisió del domini d’estudi, afectant directament en el procés. Així doncs, en la present tesi es realitza un estudi detallat de la tècnica d’identificació de subsistemes, que en el cas del mètode SEA (Statistical Energy Analysis) es basa en la classificació del domini en funció de l’energia de transferència entre els subsistemes. Un subsistema és un conjunt de nodes amb un comportament similar, que ens permet subdividir un domini en diferents grups. Aquesta subdivisió s’aconsegueix realitzant una anàlisi clúster de les potències de la matriu de transferència. La matriu de transferència, obtinguda arran de les propietats mecàniques de la nostra estructura, ens permet descriure i quantificar la transmissió directa de senyal entre nodes. Aquesta identificació de subsistemes en geometries complexes o de grans dimensions, és de gran utilitat en l’aplicació del mètode SEA a problemes vibroacústics, però també ho és per a la reducció del cost operacional d’un problema d’elements finits, tal com hem realitzat en aquesta tesi, optimitzant el mètode de Newmark. Tots aquests conceptes són posats en pràctica a posteriori a l’anàlisi de problemes vibroacústics mitjançant diferents geometries representatives, amb el fi d’analitzar la precisió i aplicabilitat del mètode.