Modifikation eines Modells von Verbindungsmitteln zur Prognose des Schalldämmmaßes von Leichtbaukonstruktionen mittels Finite Elemente-Methode im erweiterten Frequenzbereich

Abstract

The primary aim of this thesis is to develop a high-performance calculation model for predicting vibration characteristics and consequent measures of the sound transmission loss of lightweight building structures. An application of the currently normative covered processes for these structures is explicitly excluded in the relevant body of standards. The current calculation models, based on scientific models, do not offer satisfactory reliability in the quality of predicting the acoustical performance characteristics – especially in the low frequency range – to describe the acoustical behavior of such structures. Besides the expected vague calculation results in the spectra of low frequencies, it is not possible to build an image of formations of the connections between the outer panels and the supporting structure, which can present an important factor in these frequency ranges. Also, with the current state-of-the-art simulation models it is not practicable to incorporate the effects of fluctuating quality of workmanship, such as panel fastening, into the body of rules with the current processes. These facts lead to over-dimensioning the building components to compensate for the until now mostly unknown phenomena and their unknown influence of the acoustical performance characteristics. The developed simulation model in the finite element environment “COMSOL 5.6” offers the possibility of considering the parameters in the connection joints such as screw dimensions, screw spacing, tightening torque and position of the screws on the supporting structure. The numerical results of the validated forecast model allow the interactions between the different wall components and their fasteners to be investigated and optimized.

Die vorliegende Arbeit hat die primäre Zielsetzung, ein leistungsfähiges Berechnungsmodell für die Prognose des Schwingungsverhaltens und damit des Schalldämmmaßes von „leichten“ Baukonstruktionen zu entwickeln. Eine Anwendung der derzeit normativ abgedeckten Verfahren für diese Baukonstruktionen ist ausdrücklich in den betreffenden Regelwerken ausgeschlossen. Die derzeit auf wissenschaftlicher Basis stehenden Berechnungsverfahren bieten im betrachteten Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 5000 Hz keine ausreichende Zuverlässigkeit der Prognosequalität in den schalltechnischen Kenngrößen zur Beschreibung des bauakustischen Verhaltens solcher Konstruktionen. Neben den zu erwarteten diffusen Berechnungsergebnissen im unteren Frequenzspektrum ist eine Abbildung der Verbindungsausbildung zwischen Plattenwerkstoff und Tragkonstruktion, die in dem betreffenden Frequenzbereich einen wesentlichen Einfluss aufweisen, nicht möglich. Ebenso ist es daher auch nicht möglich, mittels bestehender Verfahren die Auswirkungen von schwankender Verarbeitungsqualität, wie z. B. den Schraubenanzugsmoment, in die Prognose der Kenngrößen einfließen zu lassen. Das entwickelte Simulationsmodell in der Finite Elemente-Umgebung „COMSOL 5.6“ bietet die Möglichkeit der Berücksichtigung der Parameter Schraubendimensionen, Schraubenabstand, Anzugsmoment und Position der Schrauben auf der Tragkonstruktion. Durch die numerischen Ergebnisse des Prognosemodells können somit die Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Wandkomponenten und deren Verbindungselementen untersucht und optimiert werden.