Zweidimensionales, akustisches Design zwischen Schalenelementen eines Flugzeugrumpfs mittels Topologieoptimierung

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Abstract

Das Gewicht eines Flugzeuges hat unmittelbaren Einfluss auf dessen Wirtschaftlichkeit. Die Massenreduktion einzelner Flugzeugstrukturen wird daher bereits im ersten Designschritt berücksichtigt. Im Gegensatz dazu werden akustische Eigenschaften erst in darauf folgenden Auslegungsschritten einbezogen. Als Resultat wird die akustische Isolierung des Rumpfs durch Isoliermatten zwischen Primär- und Sekundärschale realisiert. Ließe sich der Materialeinsatz der Isoliermatten aus akustischer Sicht reduzieren, würde dies das Gewicht des Flugzeugs verringern. Eine bekannter Ansatz zur Gewichtsreduktion ist die Topologieoptimierung, die im Bereich der Steifigkeitsoptimierung weit verbreitet ist. In diesem wissenschaftlichen Beitrag wird die Anpassung Topologieoptimierung für eine akustische Zielfunktion beschrieben. Hierzu werden Materialmodelle definiert, der Designraum zwischen Primär- und Sekundärschale parametrisiert und die Zielfunktion auf die Minimierung des Schalldruckes in einem lokalen Zielgebiet angepasst. Weiterhin wird ein finiter Elementlöser in den Algorithmus implementiert. Dieser ist notwendig, weil ein gradientenbasiertes Optimierungsverfahren verwendet wird und kommerzielle FE-Programme nicht den Umfang bieten, um die Sensitivität in Abhängigkeit der Designparameter zu berechnen. Ziel der Implementierung ist eine verbesserte Konfiguration zukünftiger Flugzeugkabinen, die im Innenraum ein definiertes Schalldruckmuster aufweisen.

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• Zweidimensionales, akustisches Design zwischen Schalenelementen eines Flugzeugrumpfs mittels Topologieoptimierung. (deposited 27 Mar 2017 14:57) [Currently Displayed]