Measurement of equivalent dynamic properties of plasterboards

Abstract

[ES] Esta tesis de máster pretende mejorar el procedimiento de medición de la impedancia mecánica (MIM) utilizado para evaluar las propiedades mecánicas de las placas de yeso. El método consiste en utilizar resonancias de flexión de una viga excitada por un agitador para determinar el módulo de Young equivalente y el factor de pérdida de las placas de yeso. Estas propiedades pueden depender de la frecuencia. Se desarrollan modelos de elementos finitos basados en formulaciones de placas finas y gruesas para mejorar la identificación del módulo de Young equivalente. La placa de yeso BA13 estándar se utiliza como caso de estudio para examinar la influencia del modelo de identificación en el módulo de Young medido y en las simulaciones de pérdidas por transmisión acústica. Los modelos de identificación se validan con mediciones realizadas siguiendo el procedimiento MIM en el mismo panel, y los resultados se comparan con datos de ensayos a pequeña escala. A continuación, el análisis se amplía a otras referencias de placas de yeso, incluidas placas estándar y complejas. Las simulaciones revelan que determinadas hipótesis del procedimiento MIM (modelo cinemático de viga delgada y condición de contorno del enlace muestra-agitador) sólo son válidas en circunstancias específicas. La elección del modelo cinemático influye en la rigidez del modelo e introduce variaciones en las frecuencias propias. El uso de un modelo cinemático de placa delgada produce una rigidez general del modelo, mientras que un modelo de placa más gruesa muestra un ablandamiento a altas frecuencias. La hipótesis de la restricción fija deja de ser válida cuando se utiliza un modelo de placa gruesa. Otras investigaciones muestran también que la masa añadida debida a la cabeza de impedancia y al tornillo de fijación no afecta a los picos de impedancia utilizados para la caracterización. La identificación del módulo de Young para diferentes referencias de placas de yeso confirma la influencia del modelo de identificación en la variación del módulo en función de la frecuencia. Globalmente, la utilización de un modelo cinemático más blando reduce la pendiente de variación del módulo. Las discrepancias entre los modelos de identificación se hacen más significativas al aumentar el grosor de la placa. Las simulaciones de la pérdida de transmisión acústica demuestran que el uso de un valor medio para el módulo de Young según la norma NF EN 16703 subestima la frecuencia crítica, especialmente en el caso de tableros más gruesos y complejos. Es necesario que exista coherencia entre el modelo de identificación y el modelo utilizado para simular el índice de reducción acústica.

[EN] This master thesis aims to improve the Mechanical Impedance Measurement (MIM) procedure used to evaluate the mechanical properties of plasterboards. The method involves using flexural resonances of a beam excited by a shaker to determine the equivalent Young's modulus and loss factor of gypsum boards. These properties can be frequency dependent. Finite element models are developed based on thin and thick plate formulations to enhance the identification of the equivalent Young's modulus. The standard BA13 plasterboard is used as a case study to examine the influence of the identification model on the measured Young's modulus and sound transmission loss simulations. The identification models are validated against measurements following the MIM procedure on the same panel, and the results are compared to small-scale testing data. The analysis is then extended to other plasterboard references, including standard and complex boards. The simulations reveal that certain assumptions in the MIM procedure (thin beam kinematic model and sample-shaker link boundary condition) are only valid under specific circumstances. The choice of kinematic model impacts the stiffness of the model and introduces variations in the eigenfrequencies. The use of a thin plate kinematic model results in overall stiffening of the model, while a thicker plate model shows softening at high frequencies. Simulating the link between the sample and shaker accurately proves challenging, especially for smaller samples. The fixed constraint assumption is no longer valid when using a thick plate model. Further investigations also show that added mass due to impedance head and attachment screw does not affect the impedance peaks used for characterization. The identification of Young's modulus for different plasterboard references confirms the influence of the identification model on the frequency-dependent modulus variation. Globally, using a softer kinematic model reduces the slope of modulus variation. The discrepancies between identification models become more significant with increasing board thickness. Simulations of sound transmission loss demonstrate that using an averaged value for Young's modulus following NF EN 16703 underestimates the critical frequency, particularly for thicker and more complex boards. Consistency between the identification model and the model used for simulating sound reduction index is necessary.