Aufbau und Validierung eines parametrischen Finite Elemente Modells einer Flugzeugstruktur für vibroakustische Untersuchungen

Abstract

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist es, ein parametrisches Finite-Elemente-Modell (FEM) einer Flugzeugrumpfstruktur für den vibroakustisch-relevanten Frequenzbereich aufzubauen und zu validieren. Durch die Verwendung von Schalenelementen zur Objektmodellierung und von CFASTElementen zur Modellierung von Nietverbindungen werden Unsicherheiten in der Modellstruktur minimiert, wodurch insbesondere Strukturschwingungen jenseits des niederfrequenten Bereichs genauer vorhergesagt werden. Als Grundlage für die Modellvalidierung dienen hierbei hoch aufgelöste Schwingungsdaten im Bereich von 20 Hz bis 1000 Hz zur Beschreibung des vibroakustischen Strukturverhaltens. Durch die Verwendung einer hohen räumlichen Dichte an Messpunkten ist sichergestellt, dass das gesamte Wellenspektrum im gemessenen Frequenzbereich erfasst ist. Mithilfe des parametrischen Aufbaus des FEM werden Netzkonvergenzstudien hinsichtlich der Eigenfrequenzen im niederfrequenten Bereich durchgeführt, um eine passende Modellgröße für die anschließende Modellkorrelation mit dem Experiment zu ermitteln. Im tiefen Frequenzbereich wird eine Korrelation mit dem Modal Assurance Criterion (MAC) auf Basis modaler Parameter angewendet. Jenseits des niederfrequenten Bereichs ist aufgrund der hohen modalen Dichte und modalen Überlappung eine experimentelle Modalanalyse jedoch nicht durchführbar, womit ein weiterführender Vergleich mit MAC zwischen Simulation und Experiment nicht machbar ist. Deshalb wird für den höherfrequenten Bereich ein energiebasierter Korrelationsansatz, welcher aufgrund seiner integralen und spektralen Mittelung der Strukturantworten aussagekräftige Korrelationsergebnisse liefert, verwendet. Auf Basis der Korrelationsergebnisse werden Modellanpassungen hinsichtlich der Modelleigenschaften durchgeführt, um das numerische Modell näher an die Realität zu bringen. Hierbei erweisen sich die Eigenschaften der CFAST-Elemente als physikalisch sinnvolle Parameter für eine Modelloptimierung.