Luftschall

 

 

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Luft- / Flüssigkeitsschallanalysen

Die Schallausbreitung in Flüssigkeiten wird mit der gleichen Differentialgleichung (=Helmholtzgleichung) berechnet wie die in Gasen. Daher wird im folgenden nicht zwischen Flüssigkeiten und Gasen unterschieden. Im folgenden werden nur ungekoppelte Analysen in unbewegten adiabaten Gasen und Flüssigkeiten betrachtet, für komplexere Anwendungsfälle siehe auch das Kapitel über die Fluidakustik.

Aussenraumanalysen

Akustische Wellen werden an Netzgrenzen, die aus finiten Elementen bestehen, reflektiert! Aussenraumanalysen enthalten nichtreflektierende Randbedingungen oder halbunendliche (=semiinfinite) Elemente, um die Schallausbreitung ins Unendliche (oder in sehr große Räume) zu ermöglichen.

halbunendliche Elemente

Finite und infinite (oft bezeichnet auch als unendliche, semiinfinite oder halbunendliche) bezeichnete Elemente.

 

Eigenfrequenzanalysen sind nur selten physikalisch sinnvoll. Diese nichtreflektierenden Randbedingungen oder unendlichen Elemente bedeuten einen erhöhten Modellierungsaufwand (s. Abb.).

FEM-Modellierung: Innenraum vs. Aussenraum

Unterschiede in der Modellierung von Innen- und Aussenräumen.

 

Innenraumanalysen lassen eine Eigenfrequenzanalyse zu. Die Physik des Problems entscheidet über die Art der Analyse. Zu beachten bei Aussenraumanalysen:

  • Als Randbedingungen werden i.a. die normalen Oberflächengeschwindigkeit der Struktur angegeben.
  • An der äusseren Grenze der Luftschalldiskretisierung unendliche Elemente anbringen oder nichtreflektierende Randbedingungen wählen.
  • Neben den gewünschten Simulationsergebnissen (Druck, Schallintensität) auch den Abstrahlgrad der Simulation als Ergebnis ausgeben lassen und auf Plausibiliät prüfen: Er sollte nicht höher als 3 (= ca. 5 dB sein) Die Abb. unten zeigt eine Anwendung für die halbunendlichen (=semiinfiniten) Elemente.

Stationäres Gussgetriebe SEN 200

Stationäres Getriebe, beispielhaft dargestellte einzelne finite und semiinfinite Elemente, kastenförmige Messfläche.

 

Der Nahfeldbereich des dargestellten stationären Getriebes wird durch finite Elemente, der Fernfeldbereich durch semiinfinite Elemente diskretisiert. Als Analysefrequenzen werden die Frequenzen gewählt, in der das Körperschallmaß relative Maxima zeigt, da aufgrund annähernd konstanten Abstrahlgrades davon ausgegangen werden kann, dass die Luftschallmaxima in den gleichen Frequenzen liegen:.

Schallintensität Gussgetriebe

Die Ergebnisse der Schallintensitätsberechnung sind im Vergleich zur Messung für eine Beispielfrequenz auf einer Referenzfläche dargestellt:

Schallintensitäten: Messung / Simulation

Die lokalen Intensitätsmaxima stimmen sehr gut örtlich überein zwischen Messung (links) und Simulation.

 

 

Analysen im Zeitbereich

In jüngster Zeit bieten FEM-Programme auch die Möglichkeit von Luftschallanalysen im Zeitbereich an. Einsatzbereich:

Um die Fouriertransformation der zeitlichen Körperschallergebnisse als Randbedingung der Luftschallanalyse nicht durchführen zu müssen oder um die inverse Fouriertransformation wegfallen zu lassen, die zum Anhören der Schalldruckergebnisse erforderlich ist oder für eine effektivere Berechnung von Simulationsmodellen mit impulsförmigen Signalen (siehe Dirac-Impuls im unteren Teil der nachstehenden Abb.), für den im Frequenzbereich eine Simulation mit vielen Frequenzen durchgeführt werden müsste).

Zeitbereich vs. Frequenzbereich

Vergleich der Aufwände für Simulationen im Zeit- und im Frequenzbereich für Beispielsignale: Die senkrechten Balken unter den Frequenzdiagrammen (rechts) markieren die Frequenzstützstellen, an denen im Frequenzbereich die Berechnung durchgeführt werden muss, die Pfeilsymbole links bezeichnen die ungefähren Zeitbereiche der Simulationsrechnungen.

Mit welchem Analysetyp steigt man am besten in die Abstrahlsimulation ein? Hier gibt es Antworten.

 

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