Akustikmodellierung von dünnen Strukturen

Abstract

Durch die fortschreitende Technologie und die damit verbundene Verkürzung der Entwicklungszeiten von neuen Produkten, ist es notwendig, mithilfe von computerunterstützten numerischen Verfahren komplexe Problemstellungen präzise vorherzusagen. Die technische Akustik gewinnt dabei in verschiedenen Bereichen immer mehr an Bedeutung, allerdings fehlt für die detaillierte Modellierung oftmals die Zeit. Um dennoch für verschiedene Thematiken Aussagen treffen zu können, setzt sich diese Arbeit das Ziel, allgemeine Auswirkungen von dünnen Strukturen auf das Verhalten von akustischen Schallwellen zu identifizieren. Im Zuge der physikalischen und numerischen Grundlagen werden die Begriffe Reflexion, Absorption, Transmission und Dissipation zur Beschreibung von akustischen Barrieren erklärt und eine Einführung in das verwendete numerische Verfahren, die Finite Elemente Methode, gegeben. In der Modellbildung wird beim Preprocessing der Finiten Elemente Analyse in openCFS besonders Wert auf die Adaptionsfähigkeit des Modells gelegt, damit dieses für die verschiedenen Untersuchungen angewendet werden kann. Für die Identifikation von allgemeinen Auswirkungen der Strukturen werden je Studie mehrere Modellkonfigurationen modelliert und ausgewertet. Basierend auf dem Prinzip der Bragg'schen-Streuung können durch die Einführung der Resonanzfrequenz als mathematische Beziehung zwischen der Schallgeschwindigkeit und einem geometrischen Parameter der Struktur, Gemeinsamkeiten zwischen den durchgeführten Simulationen festgestellt werden.

Technological progress and the resulting reduction in development times for new products make it necessary to use computer-aided numerical methods to forecast complex problems. Technical acoustics is becoming increasingly important for many areas in this context, but there is often not enough time for detailed modelling. In order to be able to make statements on various problems, this thesis aims to identify general effects of thin structures on the behaviour of acoustic sound waves. In the context of the physical and numerical basics, the terms reflection, absorption, transmission and dissipation are explained to describe acoustic barriers and an introduction to the used numerical method, the finite element method, is given. During modelling as a part of the preprocessing process for the finite element analysis in openCFS, specific attention is given on the adaptability of the model so that it can be used for different investigations. To identify the general effects of the structures, several model configurations are modelled and analysed for each study. Based on the principle of Bragg-scattering, by introducing of the resonance frequency as a mathematical relationship between the speed of sound and a geometric parameter of the structure, similarities between the carried-out simulations can be identified.