Numerische Untersuchungen zur akustischen Wirkung diskreter Strukturänderungen mittels der Strukturintensität

Die numerische Berechnung der Strukturintensität (STI) liefert den Energiefluss des Körperschalls in festen Strukturen [1]. Ihre Analyse ermöglicht beispielsweise die Identifizierung von Orten auf einer Struktur, an denen sich für das Strukturverhalten maßgebliche Energiepfade befinden. Die Energieflussanalyse zeigt somit, auf welchem Weg Körperschall in stark schwingende Bereiche gelangt. Dieses Wissen erweitert das Verständnis über das Strukturverhalten. Darauf basierend wird am Fachgebiet SzM untersucht, wie die STI als eine Methode für ”design to acoustics“ verwendet werden kann. ”Design to acoustics“ bezeichnet Methoden zur systematischen Auslegung mechanischer oder mechatronischer Systeme auf eine akustische Zielgröße.

Impedanzsprünge, umgesetzt durch Strukturmodifikationen, führen zu einer Änderung des Strukturverhaltens und können damit in einer globalen Schwingungsminderung sowie in einer verringerten Schallabstrahlung resultieren. Erste Untersuchungen [2] haben gezeigt, dass lokale Impedanzerhöhungen durch Federn und Punktmassen auf einer gelenkig gelagerten Rechteckplatte an Orten maximaler Flussdichte (Betrag der STI) die äquivalente abgestrahlte Schallleistung (ERP) in den meisten Frequenzen, für die die Impedanzerhöhung ausgelegt wurde, senkt. Die ERP ist eine Vereinfachung der Schallleistung, da sie den Abstrahlgrad auf Eins setzt [3]. Damit ist sie eine strukturbasierte, akustische Größe. Die Strukturmodifikationen in [2] werden auf einer Fläche von 300 FE-Elementen durchgeführt, was 5,6 % der Gesamtplattenfläche entspricht. Da die ERP nicht in allen Frequenzen gesenkt wird, wird in diesem Beitrag der Frage nachgegangen, wie sich die flächenmäßige Ausdehnung der Strukturmodifi kationen auf die ERP auswirkt. Es wird untersucht, welche flächenmäßige Ausdehnung der Strukturmodifikationen die ERP global, das heißt in allen Frequenzen, maximal senkt.