Tschesche, Johannes (2019)
Schallleistungsgerechte Bewertung von Schwingformen flächiger Strukturen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Berücksichtigung der abgestrahlten Schallleistung flächiger Strukturen im Entwicklungsprozess im Frequenzbereich unterhalb der Koinzidenz-frequenz. Dabei wird aus Schwingformen, die als Schnellefelder vorliegen, qualitativ auf die abgestrahlte Schallleistung geschlossen. Dieses Wissen vereinfacht Entwicklungsentscheidungen im frühen Entwicklungsstadium und beschleunigt so den Entwicklungsprozess. Methodisch wird dazu ein Data-Mining-Prozess auf die Maschinenakustik angewendet. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass eine algorithmische Einordnung von Schwingformen in stark schallabstrahlende und schwach abstrahlende Schwingformen durch Klassifikation prinzipiell möglich ist. Dazu werden Testdatensätze als Test- und Trainingsbeispiele anhand einer modifizierten Rechteckplatte mit Hilfe der FEM-BEM-Kopplung erzeugt. Simuliert wird mittels FEM u. a. die Oberflächenschnelle unter Einleitung einer harmonischen Einheitskraft an der Stelle der geringsten Eingangsimpedanz. Anschließend wird die abgestrahlte Schallleistung berechnet. Die Simulationsergebnisse stellen die Eingangsdaten für die Regelableitung und Merkmalsex-traktion mit Hilfe von Klassifikationsverfahren dar. Sie werden im Rahmen der Arbeit anhand des etablierten Cross-Industry Standard Process for Data Mining (CRISP-DM) erarbeitet. Als Ergebnis wird ein Ansatz zur Bewertung von Schwingformen vorgestellt. Dabei werden die als Schnellefelder vorliegenden Schwingformen mit der Hilfe von Abstrahlgradklassen gewichtet. Die Schnellefelder lassen sich auf diese Weise in schwache Strahler, starke Strahler und Strahler, deren Abstrahlverhalten nicht genauer spezifiziert werden kann, klassifizieren. Damit kann die Prognosesicherheit der etablierten Verfahren, die auf der Bewertung der Oberflächenschnelle basieren, erhöht werden. Demonstriert wird das entwickelte Vorgehen anhand der Bewertung von Schwingformen ei-ner gekrümmten Platten hinsichtlich ihrer abgestrahlten Schallleistung sowie am Beispiel der Auslegung einer gekrümmten Platte mit einem applizierten piezokeramischen Biegewellenwandler. Weiterhin führt der Einsatz in der numerischen Strukturoptimierung am Beispiel der Dickenverteilung einer Rechteckplatte zu besseren Ergebnissen als eine Schnelleoptimierung ohne Schwingformgewichtung. Zur Validierung erfolgt die Anwendung der Methode auf experimentell am Prüfstand gewonnene Daten. Es wird bestätigt, dass die Methode prinzipiell funktioniert und in Grenzen generalisierbar ist.

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