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Schallleistungsgerechte Bewertung von Schwingformen flächiger Strukturen

Tschesche, Johannes (2019):
Schallleistungsgerechte Bewertung von Schwingformen flächiger Strukturen.
Darmstadt, Technische Universität, [Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Schallleistungsgerechte Bewertung von Schwingformen flächiger Strukturen
Language: German
Abstract:

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Berücksichtigung der abgestrahlten Schallleistung flächiger Strukturen im Entwicklungsprozess im Frequenzbereich unterhalb der Koinzidenz-frequenz. Dabei wird aus Schwingformen, die als Schnellefelder vorliegen, qualitativ auf die abgestrahlte Schallleistung geschlossen. Dieses Wissen vereinfacht Entwicklungsentscheidungen im frühen Entwicklungsstadium und beschleunigt so den Entwicklungsprozess. Methodisch wird dazu ein Data-Mining-Prozess auf die Maschinenakustik angewendet. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass eine algorithmische Einordnung von Schwingformen in stark schallabstrahlende und schwach abstrahlende Schwingformen durch Klassifikation prinzipiell möglich ist. Dazu werden Testdatensätze als Test- und Trainingsbeispiele anhand einer modifizierten Rechteckplatte mit Hilfe der FEM-BEM-Kopplung erzeugt. Simuliert wird mittels FEM u. a. die Oberflächenschnelle unter Einleitung einer harmonischen Einheitskraft an der Stelle der geringsten Eingangsimpedanz. Anschließend wird die abgestrahlte Schallleistung berechnet. Die Simulationsergebnisse stellen die Eingangsdaten für die Regelableitung und Merkmalsex-traktion mit Hilfe von Klassifikationsverfahren dar. Sie werden im Rahmen der Arbeit anhand des etablierten Cross-Industry Standard Process for Data Mining (CRISP-DM) erarbeitet. Als Ergebnis wird ein Ansatz zur Bewertung von Schwingformen vorgestellt. Dabei werden die als Schnellefelder vorliegenden Schwingformen mit der Hilfe von Abstrahlgradklassen gewichtet. Die Schnellefelder lassen sich auf diese Weise in schwache Strahler, starke Strahler und Strahler, deren Abstrahlverhalten nicht genauer spezifiziert werden kann, klassifizieren. Damit kann die Prognosesicherheit der etablierten Verfahren, die auf der Bewertung der Oberflächenschnelle basieren, erhöht werden. Demonstriert wird das entwickelte Vorgehen anhand der Bewertung von Schwingformen ei-ner gekrümmten Platten hinsichtlich ihrer abgestrahlten Schallleistung sowie am Beispiel der Auslegung einer gekrümmten Platte mit einem applizierten piezokeramischen Biegewellenwandler. Weiterhin führt der Einsatz in der numerischen Strukturoptimierung am Beispiel der Dickenverteilung einer Rechteckplatte zu besseren Ergebnissen als eine Schnelleoptimierung ohne Schwingformgewichtung. Zur Validierung erfolgt die Anwendung der Methode auf experimentell am Prüfstand gewonnene Daten. Es wird bestätigt, dass die Methode prinzipiell funktioniert und in Grenzen generalisierbar ist.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Title: Sound power-equitable assessment of mode shapes for laminar structures This dissertation deals with the consideration of the radiated sound power of laminar structures in the development process in the frequency range below the coincidence frequency. Thereby, the radiated sound power is qualitatively derived using vibrational mode shapes that are available as surface velocity fields. This knowledge allows more reliable development decisions in an early stage of development and accelerates the development process. The results of this dissertation show that an algorithmic classification of mode shapes into strong radiating and weak radiating mode shapes is possible. For the purpose of generating test and training data, samples are generated using numerical sound radiation simulations of a modified rectangular plate. The simulations are conducted by FEM-BEM coupling. In a first step the surface velocities are simulated with FEM by applying a harmonic force on the position with the lowest input impedance of the plate at a certain frequency. Subsequently, the radiated sound power is calculated. The simulation results are used as input data to derive rules and extract characteristic features by means of classification algorithms. In the context of the present study the rules and characteristics are derived using the established Cross-Industry Standard Process for Data Mining (CRISP-DM). As a result of the data mining process an approach to assess the sound radiation of mode shapes is presented. For the assessment the velocity fields of the mode shapes are weighted with a factor depending on a determined sound radiation class. The velocity fields can be classified in weak, strong and not specified radiators. With this information the forecast reliability of stablished methods can be increased, which are based on the surface velocity. This new approach is demonstrated by assessing the radiated sound power of mode shapes of a curved plate. It is also demonstrated within the design of a curved plate with an applied piezo patch. Furthermore, the approach of optimizing weighted velocity fields results in a lower radiated sound power compared to a velocity optimization used to distribute the thickness of a rectangular plate. For the purpose of validation, the method of weighted velocity fields is applied to experimental data measured on test rigs. The results confirm the practical applicability and a limited generalizability.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Research group System Reliability, Adaptive Structures, and Machine Acoustics (SAM) > Control of structure-borne and airborne sound
Date Deposited: 12 Apr 2019 09:54
Last Modified: 12 Apr 2019 09:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-86029
Referees: Melz, Prof. Dr. Tobias and Schäfer, Prof. Dr. Michael
Refereed: 29 May 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8602
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