SD1120 Ljud och vibrationer 9,0 hp

• Utbildningsnivå

  Grundnivå

• Huvudområde

  Teknik
  

• Betygsskala

  A, B, C, D, E, FX, F

• Kurswebb

Lärandemål

Det övergripande syftet med kursen är att ge de teoretiska och mättekniska grunderna för att utveckla tystare och mer vibrationsfria farkoster, maskiner, produkter, processer och miljöer.

Kursen skall vidare:

• Vara en del av det matematiskt-naturvetenskapliga området.
• Repetera, belysa och öva matematiken inom ett teknikvetenskapligt område.
• Repetera och belysa relationerna mellan de skilda disciplinerna inom den tekniska mekaniken.
• Utgående från praktiska tillämpningar och frågeställningar träna förmågan att från tekniska problemställningar identifiera de grundläggande principerna, formulera renodlade matematiska modeller och identifiera och lösa problem samt visa hur enkla modeller med ingenjörsmässig noggranhet kan användas för problemlösning.
• Inom ramen för ett teknikvetenskapligt ämnesområde gå ifrån grundläggande fysik till lösandet av problem som berör människan i dess vardag.
• Inkludera ett helhetsperspektiv som lagar, bestämmelser, standarder och arbetslivs-, etik-, och miljöfrågor.
• Nyttja MATLAB som ett effektivt beräkningshjälpmedel för ökad förståelse för kunskapsstoffet.

Den studerande skall, efter genomgången kurs:

Övergripande och utgående från en komplex verklighet, kunna identifiera och analysera ljud- och vibrationsfrågor. Teoretiskt och mättekniskt kunna analysera och strukturera de skilda leden i ljud- och vibrationsgenereringskedjan. Beskrivande kunna identifiera och beräkningsmässigt kvantifiera alternativa lösningar och slutligen föreslå åtgärder för lösandet av de betraktade frågeställningarna.

Vidare, som konkret mätbara mål, kunna:

• Redogöra för grundläggande ljud- och vibrationstekniska begrepp, mätteknik och mätsystem inom området, samt föreslå lämpliga mät- och analysmetoder. Redogöra för hur ljud- och vibrationer påverkar människa och materiel. Översiktligt beskriva hur internationella standarder och lagar och bestämmelser på området är strukturerade.
• Utgående från distribuerade tekniska system reducera dessa till partikelsystem (punktmassemodeller), ställa upp de kopplade rörelseekvationerna, matematiskt analysera, numeriskt beräkna och presentera lösningar. Beskriva metoder för att identifiera linjära och icke-linjära mekaniska system. Tillämpa Fouriermetoder för att lösa system av kopplade differentialekvationer, beräkna periodiska och transienta signalers frekvensinnehåll och tillämpa dessa kunskaper på mekaniska system.

• Redogöra för de fysikaliska grunderna för såväl den akustiska vågekvationen som vågekvationerna i fasta material och vågornas utbredning, transmission och reflektion, samt vilka begränsningar som gäller för den linjära akustiken. Beräkna viktiga parametrar som exempelvis utbredningshastighet i skilda media samt egenfrekvenser och egensvängningsformer i både fluider och i fasta material. Redogöra för skilda mekanismer för dämpning i fasta material samt välja och nyttja lämpliga metoder för experimentell bestämning. Förklara skilda metoder att begränsa ljudutbredningen i kanalsystem, analysera behovet av och välja och dimensionera ljuddämpare för skilda tillämpningar. I projektform analysera ett ljud från en förbränningsmotor och föreslå lämplig utformning av ett ljuddämparsysten samt teoretiskt och experimentellt verifiera dess prestanda.
• Förklara de grundläggande fysikaliska grunderna för den statistiska rumsakustiken. Tillämpa beräknings såväl som experimentella metoder för ljudets utbredning, transmission och samverkan med lokaler, kupéer och kabiner.
• Identifiera, beskriva och analysera de mekanismer som ger upphov till ljud och vibrationer i mekaniska system samt använda beräkningsmetoder för att dimensionera ljud- och vibrationsgenereringen.
• Förklara de grundläggande mekanismerna bakom begreppet vibrationsisolering, tillämpa skilda metoder samt beräkningsmässigt dimensionera dessa.

Kursens huvudsakliga innehåll

Teori: Grundbegrepp och mätteknik. Ljud och vibrationers påverkan på människa och materiel. Matematiska metoder. Vågekvationen och dess lösningar i gaser och vätskor. Reflektion, transmission och stående vågor. Vågekvationerna och dessas lösningar i fasta strukturer. Energimetoder inom akustiken, rumsakustik. Ljudalstringsmekanismer. Vibrationsisolering. Ljud i kanaler. Mätning och analys av ljud och vibrationer.

Räkneövningar: Under övningarna räknas ett stort antal räkneuppgifter för att belysa teorins nyttjande för lösandet av tekniska frågeställningar.

Mätövningar/Laborationer:

1. Mätning och analys av vibrationer.

2. Mätning och analys av buller.

Projekt: Utformning, beräkning, provning och verifiering av ett ljuddämparsystem för en bil.

Behörighet

Grundläggande kurser i matematik, mekanik, hållfasthetslära, visualiserings- och beräkningsspråket Matlab.

Litteratur

Bodén., Carlsson, U., Glav, R., Wallin, H.P., Åbom, M.: Ljud och vibrationer. Marcus Wallenberg Laboratoriet för Ljud- och Vibrationsforskning, Inst. för Farkostteknik, KTH, 2001. ISBN 91-7170-434-5 samt en kurspärm med arbetsmaterial.

Examination

• LAB1 - Mätövningar, 0,5, betygsskala: P, F
• PRO1 - Projektarbete, 1,5, betygsskala: P, F
• TEN1 - Teoritentamen, 4,0, betygsskala: P, F
• TEN2 - Problemtentamen, 3,0, betygsskala: P, F

Krav för slutbetyg

1 Teoritentamen: Kontrollskrivningar alt skriftlig tentamen(TEN1, 4 hp)
2 Problemtentamen: Skriftlig tentamen med problemlösning (TEN2, 3 hp)
3 Mätövningskurs/Lab.: Godkända mätövningsrapporter (LAB1, 0.5 hp)
4 Projektarbete: Godkänt projektarbete (PROJ 1, 1,5 p)

Ges av

SCI/Farkost och flyg

Kontaktperson

Susann Boij (sboij@kth.se)

Examinator

Susann Boij <sboij@kth.se>

Övrig information

Ersätter 4B1117.

Påbyggnad

SD2125 Signaler och mekaniska system
SD2140 Strukturakustik
SD2165 Acoustical Measurements
SD2150 Experimental Structure Dynamics
SD2155 Flow Acoustics
SD1135 Fördjupningsarbete i ljud, vibrationer och signaler
SD2170 Energy Methods
SD2175 Numerical Methods for Acoustics and Vibration
SD2180 Non-Linear Acoustics
SD2185 Ultrasonics
SD2190 Vehicle Acoustics and Vibration

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med HT2007.
Examinationsinformation gäller från och med HT2007.