Die akustische Bauteilauslegung gewinnt zunehmend an Bedeutung. Wegen der subjektiven, nicht-linearen Zusammenhänge zwischen Schallemission und Schallwahrnehmung handelt es sich dabei jedoch um eine komplexe Aufgabenstellung. Mit den wachsenden Anforderungen an die akustischen Eigenschaften von Kunststoffbauteilen steigt die Bedeutung von effizienteren Auslegungsverfahren, die eine kosten- und zeitgünstige Bauteilauslegung ermöglichen. Ziel einer umfassenden akustischen Optimierung ist es daher, die Entwicklung von Kunststoffbauteilen dahingehend zu beschleunigen, dass durch den Einsatz von Computersimulationen einerseits der kostspielige Musterbau eingeschränkt werden kann und andererseits der Zeitaufwand für die Durchführung von psychometrischen Testverfahren reduziert wird. Dieser Problematik widmete sich eine erfolgreiche Zusammenarbeit des IKV (Institut für Kunststoffverarbeitung) mit dem ITA (Institut für Technische Akustik). Als Lösung des beschriebenen Problems wurde eine durchgängige Computersimulation des akustischen Verhaltens von Kunststoffbauteilen realisiert und anhand von Vergleichsmessungen validiert. Das entwickelte Simulationsverfahren ermöglicht auf Basis von geometrieunabhängigen Werkstoffdaten die Vorhersage des akustischen Abstrahlverhaltens nahezu beliebiger Bauteile. Hierzu wurde die Simulation in zwei Teilschritte unterteilt. In einem ersten Schritt wird das so genannte Körperschallverhalten des betrachteten Bauteils simuliert. Der zweite Simulationsschritt nutzt anschließend die Ergebnisse der vorangegangenen Körperschallsimulation und berechnet die Einkopplung der Schwingungsenergie in die umgebende Luft sowie die weitere Abstrahlung als Luftschall. Hierdurch können für frei wählbare Raumpositionen die zu erwartenden Luftschalldruckpegel abgeschätzt werden. Als geeignete Messmethoden wurden die Dynamisch-Mechanische Analyse sowie ein im Rahmen des Forschungsprojektes entwickeltes Messverfahren verwendet. Die Körperschallsimulation wurde unter Verwendung des Materialmodells mit der FEM (Finite Elemente Methode) durchgeführt. Zur Bewertung der Qualität der Berechnungsergebnisse sind am ITA Körperschallmessungen an den betrachteten Modellbauteilen durchgeführt worden. Mit dem erfolgreichen Abschluss dieses Forschungsprojektes konnte ein erster, wichtiger Schritt zur virtuellen, akustischen Auslegung von Kunststoffbauteilen gemacht werden. Durch die Vorausberechnung der akustischen Bauteileigenschaften ist es somit möglich, schon in sehr frühen Konstruktionsphasen auf Basis gemessener Materialdaten und eines CAD-Modells für das zu betrachtende Bauteil eine Einschätzung der zu erwartenden Bauteileigenschaften zu gewinnen und gegebenenfalls Konstruktionsverbesserungen anzubringen. Für die Zukunft wird vom Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen und dem IKV ein gemeinsames Forschungsvorhaben angestrebt, um die akustische Bauteilauslegung am Beispiel von Zylinderkopfhauben aus Kunststoffen weiter zu verbessern.
Den richtigen Ton anschlagen. Rechnergestützte akustische Auslegung von Kunststoffbauteilen
Singing the right note. Computer-aided acoustic lay-out of synthetic material components
RWTH Themen ; 1 ; 38-41
2006
4 Seiten, 3 Bilder
Article (Journal)
German
Software fuer Werkstoffwahl und Auslegung von Kunststoffbauteilen
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