Strukturdynamik

Die Strukturdynamik befasst sich mit Schwingungsphänomenen von mechanischen Körpern. Diese, als Körperschall bezeichnete, elastische Verformung eines Festkörpers wird in einigen Anwendungen aktiv genutzt – so z.B. beim Vibrationsalarm im Handy. Meist ist jedoch das Ziel, Körperschall möglichst zu unterdrücken, sodass keine ungewünschte Schallabstrahlung oder Vibration entsteht. Deshalb werden beispielsweise ganze Konzertsäle von ihrer Umgebung akustisch entkoppelt.

Der Bereich der Strukturdynamik ist fachübergreifend relevant für eine Vielzahl von Problemen der Bauakustik, Maschinenakustik, Technischen Akustik bis hin zur Hörakustik. Dementsprechend existiert eine Vielzahl von Verfahren und Möglichkeiten für die akustischen Analyse und Problemlösung.

Zur messtechnischen Charakterisierung von Strukturen werden u.A. die

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• Modalanalyse
• Betriebsschwingungsanalyse
• Transferpfadanalyse (TPA)
• Statistische EnergieAnalyse (SEA)

eingesetzt.

Zur Erarbeitung von Lösungen und Designanpassung ist auch die Simulation von Strukturschwingungen und der Schallabstrahlung von hoher Bedeutung, um gezielte Maßnahmen zur Beeinflussung des Verhaltens und der Wirkung zu unternehmen. Am Lehrstuhl für Akustik und Haptik werden verschiedene numerische Ansätze zur Lösung vibro-akustischer Probleme eingesetzt:

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• Finite Elemente Methode (FEM)
• Randelementmethode (BEM)

© Markus Klemm

• Elektromechanische Netzwerke
• Schallfeldsimulation
• Behandlung nichtlinearer Probleme mittels Finite-Differenzen-Methode (FDM)

Beispiel:

Aufgabe war die Optimierung einer Kehrmaschine hinsichtlich Motorengeräusch (Motorlagerung), Bürstengeräusch und Geräusch der Sauggebläseeinheit.

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Dazu wurden Körper- und Luftschallmessungen in verschiedenen Betriebspunkten gemessen (Betriebsschwingungsanalyse), sowie relevante Schalltransferpfade ermittelt (Transferpfadanalyse). Die Luftschallabstrahlung konnte anhand von Modalanalysen und FEM-Simulationen charakterisiert werden. Eine Vielzahl von Optimierungsempfehlungen führte zu einer Reduktion der Schallemission. Basierend auf einer psychoakustischen Analyse des Gesamtgeräusches konnte zudem eine deutliche Reduktion der empfundenen Lästigkeit des Kehrmaschinengeräusches erzielt werden.

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