Vergleichende Untersuchungen der Schallabstrahlung von Plattenstrukturen mittels BEM, FEM und analytischen Ansätzen

Kurzfassung

Deutsch: Um Schäden durch Schallphänomene zu vermeiden, werden diese analysiert und beeinflusst. Schädigende Schallemissionen treten häufig bei Maschinen auf, wie z.B. bei Flugzeugen. Eine Analyse von Schallfeldern wird durch die Finite Elemente Methode oder die Randelementmethode ermöglicht. Im Rahmen dieser Studienarbeit werden die Finite Elemente Methode und die Randelementme-thode bei einer vibroakustischen Analyse verglichen. Als Vergleichsgrundlage dient eine rechteckige, schwingende Plattenstruktur, deren abgestrahlte Schallleistung genutzt wird. Diese Plattenstruktur wird in einem Versuchsstand mit einer Kraft dynamisch angeregt und die Oberflächengeschwindigkeit mit einem Laser Scanning Vibrometer aufgenommen. Drei Simulationswege werden mit der Schallleistung aus der experimentellen Untersuchung verglichen. Einmal wird eine Finite Elemente Methode angewendet, welche die Strukturauslenkung ermittelt und mit Hilfe der Radiation Resistance Matrix die Schallleistung berechnet. Ein zweiter Weg ist die Ermittlung des Schalldrucks im Fernfeld in einer Finiten Elemente Methode und die daraus resultierende Schallleistung. Die dritte Variante ist die Randelementmethode, welche die Schallleistung direkt liefert. Beim Vergleich der Schallleistungen werden qualitative Ähnlichkeiten und quantitative Unterschiede deutlich, wobei der Einfluss der Dämpfung auf das System näher untersucht wird. English: To avoid damages caused by sound radiation, these noise are analysed and influenced. Damaging sound emissions often arise in machines, e.g. in airplanes. The finite element method and the boundary element method enable an analysis of sound radiations. This student research project is going to compare the finite element method and the boundary element method within the framework of a vibro-acoustic analysis. As a basis for comparison serves a vibrating, rectangular panel, of which the emitted sound power is used. The panel is excited by a dynamic force and the surface velocity is measured by a laser scanning vibrometer. Three ways of ascertaining the sound power with the help of simulation tools are going to be presented and compared to measurements. The first way is the finite element method, which determines the deplacement of the panel surface and calculates the sound power with the help of the radiation resistance matrix. The second way contains also the finite element method, but it determines the sound pressure in the far field. The sound power is calculated with the far field equation and the sound pressure. The third way is the boundary element method, in which the sound power is a direct result of the simulation. The comparison of the sound power shows clearly qualitative similarities and quantitative differences. As well, the influence of attenuation on the system is examined in more detail.