Strukturintensitätsanalyse als Werkzeug der Maschinenakustik

Im Fokus der Maschinenakustik steht die Beschreibung und Beeinflussung des von techni-schen Strukturen abgestrahlten Luftschalls. Die Wirkkette der Schallentstehung vom Spekt-rum der Erregerkrafte bis hin zur abgestrahlten Luftschallleistung wird von der maschinen-akustischen Grundgleichung modellhaft beschrieben. Hierbei wird jedoch das Korperschalltransferverhalten, also der Fluss der Schwingungsenergie von der Erregung durch die Struktur, als „Black Box“ betrachtet. Der Maschinenakustik fehlt sowohl in der wissenschaftlichen Analyse als auch bei der ingenieurmasigen Konstruktion akustisch gestalteter Produkte ein Werkzeug fur die Beurteilung und Ableitung von konstruktiven Masnahmen zur Larmminderung. Dafur ist eine Betrachtung der Strukturintensitat, welche den Energietransport im Festkorper von der Quelle zur Senke beschreibt, geeignet. In dieser Arbeit wird ein methodisches Vorgehen auf Basis der Strukturintensitat zur gezielten Gestaltung lokaler Impedanzen und Dampfungsverteilungen innerhalb dunnwandiger flachiger Strukturen hergeleitet. Mit seiner Hilfe ist es moglich, akustische konstruktive Masnahmen systematisch zu bewerten und auszulegen. Hierfur wird zunachst die Konvergenz der Strukturintensitat bei modaler Superposition an den Beispielen einer KIRCHHOFF-Platte und eines EULER-BERNOULLI-Balkens untersucht. Dabei zeigt sich, dass je nach Genauigkeitsanforderungen und Ort auf der Struktur teils mehrere tausend Eigenschwingungen zu berucksichtigen sind. Numerische Studien ergeben weiter, dass der in der Literatur vernachlassigte Normalenanteil des Energieflusses bei dunnwandigen Strukturen etwa 1% betragt. Transiente Berechnungen fuhren zu dem Schluss, dass bei qualitativer Betrachtung nach 100 bis 200 Schwingspielen von einem eingeschwungenen Zustand der Energieflusse auszugehen ist, wahrend dies bei quantitativer Bewertung nach ca. 1.000 Perioden der Fall ist. Zudem zeigt sich, dass bei mehrfach gekrummten Strukturen die Bedeutung des oft vernachlassigten Energieflusses aus In-plane-Schwingungen zunimmt. Bei vielen realen Karosseriebauteilen aus dem Automobilbau dominieren diese sogar den Energiefluss. In-plane-Schwingungen stellen somit aufgrund ihrer Koppelung mit den Out-of-plane-Schwingungen einen wichtigen Ansatzpunkt zur Beeinflussung der Biegewellen dar. An den Beispielen einer Olwanne und eines Gepackraumbodens wird gezeigt, dass eine lokale Dammung von In-plane-Schwingungen durch Impedanzsprunge in reduzierten Biegeschwingungen resultieren kann. Bei der Analyse und Optimierung der Verteilung von Dampfungsbelagen auf dunnwandigen Strukturen stellt sich heraus, dass die Effekte der zusatzlichen Massen und Steifigkeiten durch die Belage eine grosere Auswirkung auf die globalen und lokalen Schwingamplituden haben als die zusatzliche Dampfung.