Numerische Simulation des Schalldämm-Maßes im tiefen Frequenzbereich einer Wärmedämmverbundsystem Betonwand anhand der finiten Elemente-Methode

Abstract

Ziel dieser Diplomarbeit ist es, das Schalldämm-Maß bei niedrigen Frequenzen (50 bis 1000Hz) an einer Betonwand mit einem Wärmedämmverbundsystem (WDVS) mit Hilfe der Finiten Elemente Methode (FEM) zu bestimmen und die Ergebnisse mit experimentell gewonnenen Daten zu vergleichen. Die sich daraus ergebende Forschungsfrage lautet: „Wie genau kann das Schalldämm-Maß einer WDVS Betonwand anhand der FEM Simulation prognostiziert werden und welche Modellierungsansätze werden dafür benötigt?“ Die Messungen des Schalldämm-Maßes wurden im Labor des Akustik Centers Austria durchgeführt. Die Eingangsdaten für die Simulation in der kommerziellen FEM-Software COMSOL wurden durch Messungen und Literaturdaten eingeholt. Für die Erstellung der verschiedenen Simulationsmodelle wurden unterschiedliche Modellierungsansätze herangezogen. Insgesamt wurden elf Modelle erstellt. Die simulierten Ergebnisse wurden bewertet, in dem die durchschnittlichen, maximalen und minimalen Abweichungen der simulierten Schalldämm-Maße zu dem experimentell ermittelten Schalldämm-Maß verglichen wurden. Das Modell mit der geringsten durchschnittlichen Abweichung von 5,4 dB ist folgend aufgestellt: Der diffuse Schall wird als Summe unkorrelierter ebener Wellen auf der Wandoberfläche erzeugt und bildet die Anregung des Bauteils durch das Luftschallfeld des Senderaums ab. Die Dämmschicht wird als elastischer Festkörper und die Plattenschicht als Schalenelement modelliert. Der Empfangsraum ist in diesem bestimmten Modell anhand „Perfectly Matched Layers“(PML) als unendlicher Halbraum modelliert. Die Berechnungszeit des Modells betrug 6:30 Stunden mit einer Anzahl von 118692 finiten Elemente.

The goal of this thesis is to determine the sound transmission loss at low frequencies (50 to1000 Hz) of a concrete wall with an external thermal composite system (ETICS) using the finite elements method (FEM) and to compare the obtained results to experimentally obtained data. Therefore, the research question is as follows: “How precise can the sound transmission loss of an ETICS concrete wall be simulated using the FEM and which modelling set-ups provide the best result?” The experimental data was measured in the laboratory Akustik Center Austria. The input data for the simulation in the commercial FEM software COMSOL was obtained through measurements and literature data. Different set ups were used to create different simulation models. There are in total eleven models. The simulated results were evaluated by determining the average, maximum and minimum deviations of the simulated sound reduction index from the experimentally determined one. The model with the smallest average deviation of 5.4 dB is set up as follows: The diffuse sound is generated as a sum of uncorrelated plane waves on the wall surface and maps the excitation of the test wall by the airborne sound field of the transmitter room. The insulation layer is modelled as an elastic solid body and the plaster layer as a shell element. The receiving room is modelled in this particular model as an infinite half-space using perfectly matched layers (PML).The calculation time of the model was 6:30 hours with a finite element count of 118692.