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Simulation der Schallausbreitung in der Akustik

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​Von den Grundlagen der technischen Akustik zur Akustiksimulation der wesentlichen akustischen Phänomene in ANSYS Mechanical. Praktische Simulationsaufgaben zur Raumakustik, Absorption, Durchschallung, Schallabstrahlung schwingender Strukturen und Fluid-Struktur-Interaktion.

Die Akustiksimulation mit praktischen Übungsaufgaben zu verschiedenen Anwendungsszenarien aus der Ingenieurakustik bildet den Schwerpunkt dieses Seminars. Sie simulieren mit ANSYS Mechanical nicht nur die strukturmechanische Schwingung von Aggregaten sondern insbesondere deren Schallabstrahlung.

Tag 1: Nach einer kurzen Einführung in die physikalischen Grundlagen der technischen Akustik erlernen Sie die wichtigsten Aspekte der Modellbildung und der Lösungseinstellungen anhand klassischer Aufgaben aus der Raumakustik mit schallharten bzw. absorbierenden Begrenzungen.

Tag 2: Häufig stellen technische Anlagen störende Lärmquellen dar. Das Seminar vermittelt Ihnen alle Grundlagen, um die Geräuschentstehung und die Schallabstrahlung Ihrer Aggregate, Maschinen und Anlagen besser verstehen zu können. Sie leiten konstruktive Maßnahmen ab, mit denen Sie gesetzliche Vorschriften und Grenzwerte zum Lärmschutz einhalten bzw. Ihre Kunden mit leiseren Produkten begeistern können.

Tag 3: Es treten in der Schwingungstechnik häufig Situationen auf, in denen das dynamische Verhalten einer getauchten oder von einem Fluid umgebenen Struktur von Interesse ist. Simulationmethoden dieser Fluid-Struktur-Interaktion (FSI), die aufzeigen wie etwa die hydrodynamische Zusatzmasse von mitschwingendem Wasser mittels der ANSYS Mechanical Akustikelemente mit hoher Genauigkeit abgebildet wird, runden das Seminar ab.

ZIELGRUPPE

Das Seminar richtet sich an Projektverantwortliche, Berechnungsingenieure und Konstrukteure, die vibroakustische Fragestellungen aus der Produktentwicklung bereits in einer frühen Phase mit Simulationstechnik besser verstehen möchten um so fundierte Lösungskonzepte zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften ableiten zu können.

IHR NUTZEN

​Sie erwerben im Seminar die praktischen Fähigkeiten akustische Aufgaben aus der Ingenieurpraxis mittels FEM zu simulieren. Im Fokus stehen Übungsbeispiele rund um das Thema Schallausbreitung und Schallabstrahlung von schwingenden Bauteilen. Ferner erkennen Sie die zentralen Einflussparameter um mechanische Schwingungen bzw. deren Schallabstrahlung zu reduzieren. So können Sie bereits in der Planungsphase vielversprechende Alternativen simulieren, vergleichend beurteilen und konstruktive Maßnahmen zur Lärmreduktion angehen.

Agenda

Tag 1

Einführung in die Akustik und Grundaufgaben aus der Raumakustik

M1: Physikalische Grundlagen der technischen Akustik

  • Eigenschaften von Schallwellen
  • Schallfeldgrößen: Schalldruck, Schnelle, Schallleistung
  • Abgrenzung von Luftschall und Körperschall
  • Hörbeispiele

M2: Tieffrequente Raumakustik

  • Grundgleichung der linearen Akustik
  • Modellbildung, Elementauswahl und Vernetzung
  • Akustische Randbedingungen und Lasten
  • Akustische Materialparameter
  • Auswertung von Schallfeldgrößen
  • Übung: Berechnung von Hohlraumresonanzen
  • Übung: Berechnung von Frequenzgängen an Mikrofonpunkten
  • Übung: Einbringen einfacher Absorptionseigenschaften

M3: Hochfrequente Raumakustik

  • ​Abgrenzung zur modalen Akustik
  • Eigenschaften eines diffusen Schallfeldes
  • Definition der Nachhallzeit
  • Demo: Berechnung des diffusen Schallfeldes in einem Raum
  • Schalltransmission: Transmissionsgrad und Schalldämmmaß
  • Übung: Simulation des Schalldämmmaßes an einem Fensterprüfstand

M4: Messung und Simulation poröser, schallabsorbierender Medien

  • Modellierung poröser, schallführender Medien
  • Frequenzabhängige Materialparameter
  • Messung von Absorptionseigenschaften
    Absorptionskoeffizient bei senkrechtem bzw. diffusem Schalleinfall
  • Übung: Bestimmung des Absorptionsgrades im Kundt‘schen Rohr

Tag 2

Maschinenakustik & Schallabstrahlung ins Freifeld

M5: Einfluss verschiedener Signaltypen

  • Grundlagen der Fouriertransformation

  • Numerische Artefakte: Aliasing und Leakage

  • Signalanalyse und Einheitslastfälle - ein effizientes Team

  • Übung: Analyse typischer Signalformen

  • Übung: Plattenschwingungen bei breit- und schmalbandiger Anregung

  • Übung: Einfluss konstruktiver Änderungen hinsichtlich Schwingungsreduktion

M6: Maschinenakustik und Körperschall

  • ​Eigenschaften von Wellen in Festkörpern
  • Maschinenakustische Grundgleichung
  • Körperschall als schnelles Bewertungskriterium
  • Übung: Schwingungsanalyse einer Pumpe
  • Demo: Körperschallanalyse aus Übertragungsfunktion und realem Lastspektrum
  • Demo: Ideen und Diskussion zur Schwingungsreduktion
  • Konstruktionsrichtlinien für lärmarme Maschinen

M7: Vom reflexionsarmen Raum zum Freifeld

  • Was ist ein akustisches Freifeld?
  • Abbildung in ANSYS: Absorbing Elements und Perfectly Matched Layers
  • Best Practice für Modellaufbau und Vernetzung
  • Einsatz von analytischen Quellen: Monopol, Dipol
  • Analyseeinstellungen und Solverauswahl
  • HPC: effizienter Umgang mit großen Modellen
  • Elegantes akustisches Postprocessing: Freifeldmikrofone außerhalb des FE Netzes
  • Übung: Schallabstrahlung einer Kugelkappe (~Lautsprecher)

M8: Körperschall – Luftschall – Abstrahlgrad

  • Ineffiziente und effiziente Schallstrahler
  • Koinzidenzfrequenz und Abstrahlgrad
  • Übung: Vergleich von Körperschall- und Luftschallleistung einer schwingenden Platte
  • Übung: Berechnung der Schallabstrahlung einer Pumpe

Tag 3

Weiterführende Themen der Akustik

M9: Berechnung akustischer Wellenleiter

  • Was versteht man unter einem akustischen Wellenleiter?
  • Welche Zusatzfunktionen bietet ANSYS dazu an?
  • ​Bestimmung akustischer Leistungen
  • Effiziente Modellierung von Lochblechen
  • Einfluss von Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit auf die Schallausbreitung
  • Beschreibung thermo-viskoser Verluste in dünnen Spalten und Rohren
  • Übung: Berechnung eines Abgasschalldämpfers
  • Demo: Berechnung eines thermo-viskosen Resonators

M10: Berücksichtigung schwerer Fluide bei der Schwingungsanalyse

  • Gekoppelte Gleichungen der Fluid-Struktur-Interaktion (FSI)
  • Starke Kopplung bei schweren Fluiden und/oder leichten Strukturen
  • Best Practice Modellierung für FSI mit ANSYS Mechanical
  • Übung: gekoppelte Modalanalyse eines fluidgefüllten Tanks
  • Übung: gekoppelte Modalanalyse eines getauchten U-Bootes
  • Übung: Frequenzganganalyse für eine getauchte Struktur

M11: Akustiksimulation im Zeitbereich

  • Wahl von Elementgröße und Zeitschritt
  • Physikalische und numerische Dispersion
  • Abschätzung des Rechenaufwandes
  • Geeignete Modelle und Aufgaben
  • Simulation "hörbar" machen: Reauralisierung von Schalldruckergebnissen
  • Demo: Transiente Berechnung einer Stimmgabel
  • Übung: Simulation eines Abstandsensors

M12: Fragen und weiterführende Themen

Dieses „Freestyle-Modul“ bietet Möglichkeiten zur freien Gestaltung, gestattet Fragen zu Ihrem nächsten Projekt oder ist einfach zum Probieren und weiteren Vertiefen der erworbenen Fertigkeiten gedacht. Nehmen Sie sich Zeit und wiederholen das Gelernte mit Unterstützung des Referenten.

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN