Simulation der akustischen Eigenschaften von Türen und Klappen

Simulationsrechnungen und virtuelle Produktentwicklung durchdringen die Entwicklungsabteilungen der Industrie in immer größerem Umfang. In den letzten beiden Jahrzehnten hat der rasante Fortschritt in der Computertechnik Simulationsverfahren in vielen Bereichen der Technik ermöglicht. Simulationsrechnungen im Bereich der Akustik erfordern eine deutlich komplexere Herangehensweise als dies zum Beispiel für konventionelle Spannungsanalysen mittels FEM notwendig ist. Besonders problematisch ist dabei die Anregung durch transiente Kräfte oder die Körperschallausbreitung in dünnen Verbundstrukturen.

Ziel der Untersuchungen war die Berechnung der Schallabstrahlung beim Schließen einer Heckklappe. Wobei die Geräuschabstrahlung der Klappenstruktur auf die transienten dynamischen Kräfte im Schlossmechanismus zurückzuführen ist. Kern der Untersuchungen war die Entwicklung einer durch experimentelle Untersuchungen verifizierten Simulationsmethode zur Geräuschabstrahlung von der Strukturoberfläche, die auf ähnliche Aufgabenstellungen übertragbar ist.

Gute Simulationsergebnisse können nur bei möglichst genau bekannten Betriebskräften erreicht werden. Diese werden im Zeit- und Frequenzbereich über eine sogenannte inverse Kraftbestimmung ermittelt. Die Inertanzen bzw. die dynamischen Eingangsmassen an den Krafteinleitungspunkten werden mittels Hammeranregung und Beschleunigungsmessungen ermittelt. Das Spektrum der Betriebskraft ist das Produkt aus den Spektren der dynamischen Masse und der Betriebsbeschleunigung. Der zeitliche Verlauf der Betriebskraft ist somit die Faltung der mittel FIR-Filter (finite impulse response filter) nachgebildeten Zeitfunktion der dynamischen Masse und der Betriebsbeschleunigung. Abbildung 14 zeigt den Versuchsaufbau für eine Hammermesssung am Türschloss und den zeitlichen Verlauf der Betriebsbeschleunigungen an einem Messpunkt. Im folgenden Schritt werden mit den Berechnungsmethoden der Strukturmechanik Oberflächenschnellen ermittelt wobei die modalen Dämpfungen wiederum durch experimentelle Untersuchungen gewonnen werden (experimentelle Modalanalyse). Über diese Methode wird auch die Strukturberechnung verbessert. In einem abschließenden Schritt wird mittels transienter BEM (Boundary Element Method) das von der Struktur abgestrahlte Geräusch an einem beliebigen Aufpunkt auralisiert. Abbildung 15 zeigt die Visualisierungsmöglichkeit der Schalldruckverteilung auf beliebigen sogenannten Feldpunktnetzen vor der Struktur. Damit wird die Ausbreitung des Schalls zeitlich und räumlich visualisiert.