Structural-acoustic vibrations in wooden assemblies : Experimental modal analysis and finite element modelling

• This doctoral thesis concerns flanking transmission in light weight, wooden multi-storey buildings within the low frequency, primarily 20-120 Hz. The overall aim is to investigate how the finite element method can contribute in the design phase to evaluate different junctions regarding flanking transmission.Two field measurements of accelerations in light weight wooden buildings have been evaluated. In these, two sources; a stepping machine, and an electrodynamic shaker, were used. The shaker was shown to give more detailed information. However, since a light weight structure in field exhibit energy losses to surrounding building parts, reliable damping estimates were difficult to obtain.In addition, two laboratory measurements were made. These were evaluated using experimental modal analysis, giving the eigenmodes and the damping of the structures. The damping for these particular structures varies significantly with frequency, especially when an elastomer is used in the floor-wall junction. The overall damping is also higher when elastomers are used in the floor-wall junction in comparison to a screwed junction. By analysing the eigenmodes, using the modal assurance criterion, of the same structure with two types of junctions it was concluded that the modes become significantly different. Thereby the overall behavior differs.Several finite element models representing both the field and laboratory test setups have been made. The junctions between the building blocks in the models have been modeled using tie or springs and dashpots. Visual observation and the modal assurance criterion show that there is more rotational stiffness in the test structures than in the models.The findings in this doctoral thesis add understanding to how modern joints in wooden constructions can be represented by FE modelling. They will contribute in developing FE models that can be used to see the acoustic effects prior to building an entire house. However, further research is still needed.

• Denna doktorsavhandling behandlar flanktransmission i flervåningshus med trästomme, inom det lågfrekventa området, främst 20-120 Hz. Det övergripande målet är att undersöka hur finita elementmetoden kan bidra i konstruktionsfasen för att utvärdera olika knutpunkters inverkan på flanktransmissionen.Två fältmätningar av accelerationer i trähus har utvärderats. I dessa har två olika lastkällor använts, i den första en stegljudsapparat och i den andra en elektrodynamisk vibrator (shaker). Det visades att shakern kan ge mer detaljerad information, men eftersom vibrationerna även sprider sig till omgivande byggnadsdelar vid fältmätningarna var det svårt att estimera tillförlitliga dämpningsdata även då shaker användes.Fältmätningarna följdes av två mätningar i laborationsmiljö. Dessa två experiment utvärderades med experimentell modalanalys, vilket ger egenmoder och dämpning hos strukturerna. Dämpningen för dessa trähuskonstruktioner varierar kraftigt med frekvens. Extra stora variationer registreras då en elastomer användes i knutpunkten mellan golv och vägg. Den totala dämpningen är generellt högre när elastomerer används i knutpunkten mellan golv och vägg i jämförelse med då knutpunkten är skruvad. Genom att analysera egenmoder och deras korrelationer (MAC), för samma trästruktur men med olika typer av knutpunkter, drogs slutsatsen att knutpunkten drastiskt förändrar strukturens dynamiska beteende.Flera finita elementmodeller av både fält- och laboratorieuppställningar har gjorts. I dessa har knutpunkterna mellan byggnadsdelar modellerats helt styvt eller med hjälp av fjädrar och dämpare. Visuella observationer av egenmoder och korrelationen dem emellan visar att det finns mer rotationsstyvhet i försöken än i finita elementmodellerna.Resultaten i denna doktorsavhandling har gett förståelse för hur knutpunkter i träkonstruktioner beter sig och kan simuleras med finit elementmodellering. Vidare kan resultaten bidra till utvecklingen av FE-modeller som kan användas för att kunna se de akustiska effekterna redan under konstruktionsstadiet. Dock behövs ytterligare forskning inom området.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik -- Husbyggnad (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering -- Building Technologies (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Maskinteknik -- Strömningsmekanik och akustik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Mechanical Engineering -- Fluid Mechanics and Acoustics (hsv//eng)

Nyckelord

wooden framed structure

light weight buildings

multi-storey

flanking transmission

junction

vibration distribution

impact noise

damping

elastomers

finite element analysis

experimental modal analysis

FRF

trästomme

träkonstruktion

träbyggnad

flervåningshus

EMA

FEM

flanktransmission

koppling

knutpunkt

vibrationsspridning

stomljud

stegljud

dämpning

elastomerer

finit elementmetod

experimentell modalanalys

accelerationsmätning

frekvensresponsfunktion

modalanalys

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)