Berechnung der Strukturintensität von Fahrzeugstrukturen

Zur weiteren Verbesserung des Schwingungs- und Akustikverhaltens in modernen Fahrzeugen ist es wichtig, die Wirkkette von der Strukturanregung bis zum Schalldruck an den Ohren der Insassen genau zu verstehen. Während in der Luftschallakustik mit der Schallintensität eine Mess- und Simulationsgröße besteht, durch die der Schallenergiefluss grafisch dargestellt werden kann, sind Messungen der Körperschallausbreitung mit hohem Aufwand verbunden. Die Größe der Strukturintensität ermöglicht eine detaillierte, simulationsbasierte Analyse der Dynamik von Strukturen. Basierend auf einer Erweiterung bestehender Finite-Elemente-Programme lässt sich mit dieser Methode der Körperschallenergiefluss in dünnwandigen Strukturen lokalisieren und in seinen Anteilen visualisieren. Die Unterscheidung zwischen In-Plane- und Out-of-Plane-Wellen sowie aktivem und reaktivem Anteil des Energieflusses erlaubt einen gezielten konstruktiven Eingriff mit dem Ziel der Strukturverbesserung. In dieser Arbeit werden die Möglichkeiten zur Beeinflussung des Energieflusses systematisch von einfachen Plattenstrukturen im Frequenz- wie auch für transiente Anregungen im Zeitbe-reich hergeleitet und messtechnisch verifiziert. Im Frequenzbereich werden die Beeinflus-sungsmöglichkeiten sowohl für eine Einzelfrequenz als auch für ein Frequenzband dargestellt. Zusätzlich wird die Berechnung um die äquivalente abgestrahlte Schallleistung und die Schwingschnellen erweitert, um die Wirkkette für den Körperschall durchgängig zu beschreiben und eine Korrelation der beiden Größen mit der Strukturintensität zu untersuchen. Auf-bauend auf diesen Ergebnissen wird die Strukturintensität für reale Fahrzeugstrukturen be-rechnet, und Strukturverbesserungen werden für verschiedene Einsatzzwecke ausgewählt und anhand numerischer Simulationen bewertet. Es wird gezeigt, dass die aus der Berechnung der Strukturintensität gewonnenen Erkenntnisse wertvoll für eine effizientere Strukturauslegung sind. Die Berechnung der Strukturintensität für eine gesamte Rohkarosserie und für Struktu-ren aus faserverstärkten Kunststoffen zeigt, dass die Methode auch zur Analyse sehr umfangreicher, komplexer sowie anisotroper Strukturen genutzt werden kann. In der Arbeit wird somit nachgewiesen, dass sich die Strukturintensität für den zukünftigen serienmäßigen Ein-satz in der Fahrzeugstrukturberechnung eignet und dabei hilft, deutlich verbessertes Schwingungs- und Akustikverhalten in zukünftigen Fahrzeugen zu realisieren.

Realization of further improved NVH behaviour in future premium class vehicles is strongly linked to the exact knowledge of dynamic activities between excitation and radiation of the analyzed structures. As experimental tests in this field of research are quite costly the calculation of structural intensity is being introduced. The objective is to analyze the spread of structure-borne sound in vehicle structures in more detail and at the same time more efficient. This is achieved by structural intensity simulation subsequent to a dynamic force excitation of applicable finite element models. Based on the simulation results propositions are being made on how to optimize the dynamic structural behavior. These can be reviewed in the following simulation run. By this means vast efficiency improvements can be accomplished compared to solely test bench based development.