Strukturdynamik und Akustik (FEM, BEM)
Durch die Einbindung eines reduzierten FE-Modells eines Fahrzeugaufbaus in ein Mehrkörpersimulationsmodell eines Fahrzeugs sind z.B. realistischere Komfortbewertungen möglich.
Die Funktionalität wurde in den folgenden Anwendungen nachgewiesen:
Leises Schienenfahrzeugrad
Im Bereich der akustischen Analyse und Optimierung wurde an der Professur ein leises Schienenfahrzeugrad entwickelt.
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Schalloptimiertes Schienenfahrzeugrad |
Eisenbahnräder sind rotationssymmetrische Bauteile, die durch einen schweren äußeren Laufkranz, eine innere Nabe und eine dazwischenliegende relativ dünne Scheibe gekennzeichnet sind. Durch das Abrollen des gestörten Laufkreises auf der gestörten Schiene wird das Rad zu Schwingungen angeregt und kann seinerseits über seine Oberfläche die umgebende Luft zu hörbaren Schallschwingungen anregen. Solche Störungen sind z. B. die Schienenriffeln, die durch regelmäßiges Schleifen der Schienen reduziert werden und dann auch eine deutliche Lärmminderung erzielen.
Zur Lärmminderung muss also eine Radstruktur gefunden werden, die im Betrieb keine Resonanz mit einer akustisch effektiven Schwingform mehr hat. Konstruktive Änderungen am Laufkranz des Rades sind aus fahrdynamischen Gründen nicht zulässig und an der Nabe sind sie akustisch unwirksam. Sie sind nur im Scheibenbereich möglich. Dort wurde das Profil parametrisiert und mit verschiedenen Optimierungsalgorithmen variiert. Eine rotationssymmetrische Bauform brachte noch nicht den gewünschten Effekt, erst eine tangential umlaufende Wellung der Scheibe ergab das schalltechnische Optimum bei vertretbarer Radmasse. Eine Simulation der Schallabstrahlung des optimierten Rades im Vergleich mit einem häufig genutzten Güterwagenrad ergab eine durchschnittliche Reduktion des Schalldruckpegels von ca. 10 dB. Die theoretischen Untersuchungen konnten durch Messungen im Fahrversuch bestätigt werden.
Das schalltechnisch optimierte Eisenbahnrad ist auch für die hohen thermischen und mechanischen Belastungen des Güterverkehrs mit Klotzbremse geeignet.
Wellstegrad
An der Professur wurde ein schalloptimiertes Wellstegrad entwickelt.
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Akustischer Optimierungsprozess
Mit Hilfe der FEM sowie der BEM wurde ein akustischer Optimierungsprozess entwickelt und umgesetzt. Als Ergebnis wird die Schallabstrahlung berechnet.
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Akustischer Optimierungsprozess |
