Die Körperschallausbreitung and eine damit verbundene Emission von Schallleistung kann bei schiffbaulichen Strukturen zu störenden und nicht tolerierbaren Komforteinbußen führen. Außerdem erreicht die Reduktion der Hydroschallabstrahlung ins Wasser einen zunehmenden Stellenwert in Umweltrichtlinien. Um spätere Nachbesserungen an bereits gebauten Schiffen zu vermeiden, kommt der Entwicklung geeigneter numerischer Verfahren eine besondere Bedeutung zu. Die Anregung erfolgt im Wesentlichen durch die Hauptmaschine und den Schiffspropeller, der die Schiffsaußenhaut in Folge von Druckschwankungen anregt. In dieser Arbeit werden die Anregungskräfte als gegeben vorausgesetzt. Für eine globale Schwingungsanalyse im nieder- und mittelfrequenten Bereich bis ca. 100 Hz erweist sich die Verwendung der Finiten Elemente Methode für das Strukturproblem als geeignet. Für schiffbauliche Strukturen zeigt sich jedoch, dass das umliegende Wasser einen erheblichen Einfluss auf die sich ergebende Schwingung hat. Für realistische Simulationen ist es daher notwendig, auch das umliegende Wasser zu modellieren und das voll gekoppelte Problem zu betrachten. Um auch die Schallabstrahlung ins kompressible Wasser zu berücksichtigen, wird hierbei die Helmholtz Gleichung eingesetzt. Die Randelementmethode wird in dieser Arbeit für das Fluidgebiet verwendet. Sie bietet den Vorteil, dass die Sommerfeldsche Abstrahlbedingung im Unendlichen exakt erfüllt ist und nur der Rand des Fluidgebiets diskretisiert werden muss. Als Nachteil ergeben sich jedoch im Vergleich zur Finiten Elemente Methode voll besetzte Matrizen, die zu einem quadratischen Aufwand in der Rechenzeit und dem Speicherbedarf führen. Um diese Einschränkung zu beseitigen, wird in dieser Arbeit entweder das Multipolverfahren verwendet oder eine Kompression mit Hilfe von hierarchischen Matrizen durchgeführt. Beide Verfahren führen im untersuchten Frequenzbereich zu quasilinearem Aufwand, d.h. linearem Aufwand zuzüglich logarithmischer Anteile, und stellen ein Matrix-Vektor Produkt zur Verfügung, wie es von iterativen Lösern verwendet wird. Das Multipolverfahren verwendet eine Reihenentwicklung für ausreichend separierte Punkte, die das sogenannte Fernfeld ergeben. Die Interaktion im restlichen Nahfeld muss auf klassische Weise abgedeckt werden.
Fast boundary element methods for large-scale simulations of the vibro-acoustic behavior of ship-like structures
2009
179 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Hochschulschrift
Englisch
British Library Conference Proceedings | 1995
|Resolution of vibro-acoustic problems using finite and boundary element methods
British Library Conference Proceedings | 1994
|Vibro-acoustic simulations of ships by coupled fast BE-FE approaches
Tema Archiv | 2009
|Fast vibro-acoustic simulation methods of satellite components
Emerald Group Publishing | 2022
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