Design and placement of passive acoustic measures in early design phases

Autor: Rothe, Sebastian
Přispěvatelé: Langer, Sabine Christine, Bös, Joachim
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2022
Předmět:
DOI: 10.24355/dbbs.084-202208100945-0
Popis: The design and placement of passive measures for the improvement as well as the targeted adjustment of the vibroacoustic behaviour of technical products is often based on empirically determined rules or guidelines. Due to their general validity, potential for improvement often remains unused. Simulative optimization procedures, on the other hand, are often very time-consuming due to the frequency dependence of acoustic phenomena and many iterations. This dissertation is dedicated to the development of identification criteria for passive measures in early design phases, which already provide a placement and design proposal after one or a few calculation steps. Essential adjusting screws for influencing the vibroacoustic behaviour of technical products are changes in mass, stiffness and damping. Therefore, beads, damping layers and point masses are used as representative examples of these adjusting screws. At the beginning of the thesis, a general classification of acoustic principles and measures in the methodological terminology of product development (Design to Acoustics) is given and a suitable acoustic assessment of design variants is discussed. The core of the thesis are numerical position and design studies of the exemplary measures on a rectangular plate, based on direct solutions using the finite element method. A suitable assessment quantity for the variants is the structure-borne sound level. The aim is to minimise this quantity in a defined critical frequency range. An application-oriented focus is set and a manufacturing-oriented design is taken into account. Correlations between distributions of physical quantities of the structure and suitable positions of the measure form the basis for deriving identification criteria. The studies show that identification criteria can be obtained for all three measures with different robustness regarding changing boundary conditions and critical frequency ranges. The procedure and the most suitable criteria are successfully applied on a realistic car body structure (splash wall) at the end of the thesis. The identification criteria developed thus support the process towards an acoustic-oriented design and development in the early design phases.
Das Design und die Platzierung passiver Maßnahmen zur Verbesserung sowie der gezielten Einstellung des vibroakustischen Verhaltens von technischen Produkten basiert häufig auf empirisch ermittelten Regeln oder Leitlinien. Aufgrund ihrer Allgemeingültigkeit bleibt Verbesserungspotential häufig ungenutzt. Simulative Optimierungsprozeduren sind dagegen aufgrund der Frequenzabhängigkeit akustischer Phänomene und vieler Iterationen oft sehr zeit- und kostenintensiv. Die vorliegende Dissertation widmet sich der Erarbeitung von Identifikationskriterien für passive Maßnahmen in frühen Entwicklungsphasen, die bereits nach einem oder wenigen Berechnungsschritten einen Platzierungs- und Designvorschlag liefern. Wesentliche Stellschrauben bei der Beeinflussung des vibroakustischen Verhaltens von technischen Produkten sind Änderungen der Masse, Steifigkeit und Dämpfung. Als repräsentative Beispiele für diese Stellschrauben werden daher Sicken, Dämpfungslagen und Punktmassen als Maßnahmen herangezogen. Zu Beginn der Arbeit wird eine übergeordnete Einordnung akustischer Prinzipien und Maßnahmen in die methodische Terminologie der Produktentwicklung (Design to Acoustics) unternommen sowie eine geeignete akustische Bewertung von Designvarianten diskutiert. Kern der Thesis sind numerische Positions- und Designstudien der exemplarischen Maßnahmen anhand einer Rechteckplatte, auf Basis direkter Lösungen mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode. Als eine geeignete Bewertungsgröße der Varianten ergibt sich das Körperschallmaß. Das Ziel ist es, diese Größe in einem definierten kritischen Frequenzbereich zu minimieren. Hierbei wird ein anwendungsnaher Fokus gesetzt und die fertigungsgerechte Gestaltung mitberücksichtigt. Korrelationen zwischen Verteilungen physikalischer Größen der Struktur und geeigneten Positionen der Maßnahme bilden die Grundlage zur Ableitung von Identifikationskriterien. Die Studien zeigen, dass sich Identifikationskriterien für alle drei Maßnahmen mit unterschiedlicher Robustheit gegenüber sich ändernden Randbedingungen und kritischen Frequenzbereichen ableiten lassen. Das Vorgehen und die Kriterien die sich am besten eignen werden am Ende der Arbeit an einer realistischen Karosseriestruktur (Spritzwand) erfolgreich angewendet. Die erarbeiteten Identifikationskriterien unterstützen somit den Prozess hin zum akustikgerechten Entwickeln und Konstruieren in frühen Phasen der Produktentwicklung.
Schriften des Instituts für Akustik, vol. 2
Databáze: OpenAIRE
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