Gezielter Einsatz von Dämpfung durch Schallabstrahlung mittels tilgerbasierter Strukturen

Prof. Dr. Steffen Marburg (München)

Bei Leichtbaustrukturen trägt die Energiedissipation durch Schallabstrahlung maßgeblich zur Dämpfung bei.

Vorarbeit und Motivation

  • In der ersten dreijährigen Förderperiode wurden mathematische Modelle zur Bestimmung der Dämpfung durch Schallabstrahlung entwickelt und das zugrundeliegende physikalische Phänomen umfassend untersucht.
  • Aufbauend auf dieses Vorwissen wird in der zweiten Förderphase das Potenzial zur gezielten Einbringung von Dämpfung durch Schallabstrahlung zur Schwingungsberuhigung untersucht.
  • Dabei wird insbesondere Wert daraufgelegt, eine gesteigerte Dämpfung durch Schallabstrahlung mit einem hohen Schalldämmmaß der Struktur in Einklang zu bringen.
Dämpfung durch Schallabstrahlung kann sowohl über eine harmonische Analyse (hier: Punktanregung) als auch über eine Modalanalyse der Struktur unter akustischer Last bestimmt werden. An den Resonanzfrequenzen stimmen diese beiden Ergebnisse überein.
Platte mit periodisch angeordneten Resonatoren (dargestellt als schwarze Punkte).

Wissenschaftliche Ziele

  • Basierend auf den Erkenntnissen der ersten Phase wird das Potential zum gezielten Einsatz von Dämpfung durch Schallabstrahlung bei Sandwichstrukturen untersucht.
  • Das vibroakustische Verhalten soll mittels periodisch angeordneter Resonatoren eingestellt werden.
  • Letztlich wird das Ziel verfolgt, Strukturen zu entwickeln, die lokal Schallabstrahlung zulassen, wo es tolerierbar ist, und gleichzeitig ein hohes Schalldämmmaß zu erzielen, wo es notwendig ist.
Normalisierte modale Auslenkung einer eingespannten Platte mit periodisch angeordneten Resonatoren (vgl. Bild 3). Die Fundamentalmode auf der linken und eine zusätzliche Mode mit Monopol-Charakteristik auf der rechten Seite.
Finite Elemente Netz einer Einheitszelle mit schematisch dargestelltem Resonator. Für die Erzeugung von Dispersionskurven ist es aufgrund der Symmetrie ausreichend, Wellenvektoren entlang der Kontur (0-A-B-0) zu berücksichtigen.
Finite Elemente Netz einer Einheitszelle mit schematisch dargestelltem Resonator. Für die Erzeugung von Dispersionskurven ist es aufgrund der Symmetrie ausreichend, Wellenvektoren entlang der Kontur (0-A-B-0) zu berücksichtigen.

Arbeitsprogramm

  • Entwicklung numerischer Verfahren zur gekoppelten Struktur-Akustik-Simulation lokal resonanter Strukturen.
  • Struktur-akustische Optimierung im Hinblick auf eine gesteigerte Dämpfung durch Schallabstrahlung.
  • Experimentelle Untersuchung von Sandwichpanelen mit lokal resonanten Strukturen.
  • Entwicklung von Sandwichstrukturen, die eine erhöhte Dämpfung durch Schallabstrahlung mit einem guten Schalldämmmaß vereinen.
Verschiebungsantwort auf eine akustische Anregung. Durch den gezielten Einsatz von Resonatoren (und Fehlstellen) ist es möglich, das Abstrahlverhalten lokal einzustellen.
Verschiebungsantwort auf eine akustische Anregung. Durch den gezielten Einsatz von Resonatoren (und Fehlstellen) ist es möglich, das Abstrahlverhalten lokal einzustellen.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Steffen Marburg
Technische Universität München
Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme
Boltzmannstraße 15
85748 Garching bei München
Tel.: +49 89 289 – 55121
Email: steffen.marburg@tum.de

Suhaib Koji Baydoun, M.Sc.
Technische Universität München
Lehrstuhl für Akustik mobiler Systeme Boltzmannstraße 15
85748 Garching bei München
Tel.: +49 89 289 – 55131
Email: suhaib.baydoun@tum.de

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