Eine leistungsstarke Alternative zur klassischen Modellvorstellung der Schallausbreitung anhand der maschinenakustischen Grundgleichung ist der Übergang zur Betrachtung der Schallausbreitung anhand der Energieflüsse (Intensitäten) des Schalls. Der Energiefluss des Körperschalls im Festkörper von der Quelle zur Senke wird durch die Strukturintensität (STI) beschrieben. Folgende Schwerpunkte im Bereich der STI werden derzeit an unserem Fachgebiet erforscht:
- Numerische Analyse des Strukturintensitätsverlaufs – die STI lässt sich numerisch, z. B. mit FE-Programmen, aus den Schnittgrößen berechnen. Die Analyse der STI zeigt auf, wo sich u. a. die kritischen Energiepfade auf einer Struktur befinden. Damit kann durch die STI-Analyse das Verständnis über das Strukturverhalten stark erweitert werden. Mit diesem Wissen können zielorientiert lokale Ansatzpunkte zur Erzeugung von Impedanzsprüngen durch konstruktive Maßnahmen zur Schwingungsminderung gefunden werden.
- Numerische Strukturoptimierung mittels Strukturintensität – basierend auf der STI lässt sich der Energieeintrag in definierte Strukturbereiche oder die Energiedissipation innerhalb dieser berechnen. Somit ist es beispielsweise möglich, auf Basis der STI die optimale Verteilung von Dämpfungsbelägen auf einer Struktur mit dem Ziel der maximalen Energiedissipation zu berechnen.
- Untersuchungen zur gezielten Beeinflussung der Strukturintensität – um die Schallabstrahlung einer schwingenden Struktur zu vermindern, kann alternativ zur Dissipation der Schwingungsenergie auch der Ansatz der Energieumleitung gewählt werden. Das bedeutet, dass versucht wird, die Struktur bspw. in ihrer Geometrie so zu verändern, dass der Hauptteil der Energie in unkritische Strukturbereiche fließt, welche kaum zur Schallabstrahlung beitragen. Aktuelle Forschungsarbeiten untersuchen Möglichkeiten, die hierzu verwendet werden können.
- Experimentelle Erfassung der Strukturintensität mit der 3D-Laservibrometrie – bei dünnwandigen Bauteilen lässt sich die Strukturintensität direkt aus gemessenen Oberflächengeschwindigkeiten berechnen. In diesem Kontext erweist sich die 3D-Laservibrometrie als besonders vorteilhaft, da Oberflächenschwingungen in allen drei Raumrichtungen berührungslos erfasst werden können. Mit diesem Ansatz lassen sich im Vergleich zu konventionellen Verfahren neben den Schwingungen senkrecht zur Strukturebene (Out-of-plane) auch die Schwingungen in der Strukturebene (In-plane) simultan erfassen. Im Moment sind Messungen der STI mit der 3D-Laservibrometrie an ebenen Strukturen möglich. In einem aktuell laufenden DFG-Projekt werden neue Ansätze zur Umsetzung des Messverfahrens an beliebig gekrümmten dünnwandigen Strukturen untersucht.
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