Untersuchung und Simulation der Schall- und Schwingungsreduktion an einer Plattenstruktur mittels Piezokeramiken und elektrischen Netzwerken

Abstract

Aus Gründen der Treibstoffeinsparung und höherer Nutzlast werden in der heutigen Zeit zunehmend Leichtbaustrukturen eingesetzt. Insbesondere in der Luftfahrt führt der Trend zu Kohlefaserwerkstoffen für Flügel und Rumpf. Verbunden sind damit jedoch Schwingungsprobleme und ein höherer Lärmpegel. In dieser Arbeit wird die gezielte Beeinflussung von Schwingungen durch piezokeramische Aktoren am Beispiel einer rechteckigen, flachen Stahlplat-te untersucht. Die Ansteuerung der Aktoren wird durch semiaktive elektrische Netzwerke realisiert, welche eine breitbandige Unterdrückung der Moden bei geringem Hardwareaufwand ermöglichen. Hierbei ist jedoch eine zur Anregung der Struktur geeignete Aktorplatzierung unabdingbar. Zunächst werden dazu die Modaldaten der Platte experimentell ermittelt, sowie ein FE-Modell erstellt. Mit der proprietären Software ASAC-Prozesskette des DLR steht ein Werkzeug zur Verfügung, um den Einfluss der Aktoren und Netzwerke auf diese modalen Modelle simulieren und bewerten zu können. Dies erfordert dabei einen geringen Rechenaufwand, sodass mittels eines genetischen Algorithmus eine optimierte Anordnung mehrerer Aktoren bestimmt werden kann. Aus verschiedenen Optimierungsdurchläufen wird eine Platzierung abgeleitet und eine Versuchsplatte aufgebaut. Die Aktoren werden dabei so verschaltet, dass verschiedenen Netzwerkkonfigurationen untersucht werden können. Zum Schluss werden die Einflüsse der Aktoren experimentell untersucht und mit den Ergebnissen der Simulation vergli-chen. To reduce fuel consumption and increase the loading capacity, nowadays more and more lightweight constructions are in use. Especially in aviation the trend towards to the usage of carbon fiber for fuselage and wings. However this leads to vibration problems and higher noise levels. In this thesis the manipulation of vibration through piezoelectric actuators on a rectangular flat steel plate is examined. The control for the actuators is implemented through the use of electrical networks, which provide a wide band for suppressing vibration combined with low hardware costs. However, for this purpose a suitable placement for the excitation of the structure is required. At first the modal parameters of the plate are evaluated experimentally and an additional FE-model is created. The propriety software ASAC-Prozesskette from the DLR provides a tool to simulate and rate the influence through the actuators and electrical networks on these modal models. Since the computing time for the algorithm is low, the ability for a genetic optimization of the actor placement is given. From several optimization cycles an actuator placement for the test structure is derived. The actuators are connected in a way to provide the ability for testing different network configurations. In the end the influence through the actuators and electrical networks on the test structure is measured and compared to the simulation results.