Entwicklung und Validierung eines allgemeingültigen Messverfahrens zur Bestimmung der Strukturintensität auf Basis der 3D-Laservibrometrie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Joachim Bös
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325274371

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines allgemeingültigen und handhabbaren Messverfahrens zur Bestimmung der Strukturintensität (STI) dünnwandiger, realer Bauteile und Strukturen auf Basis der 3D-Laservibrometrie. Die STI beschreibt den Energiefluss des Körperschalls innerhalb einer schwingenden Struktur. Ihre Kenntnis liefert die notwendigen Informationen über die Pfade des Energieflusses, welche auch visualisiert und aus denen gezielt konstruktive Maßnahmen zur Lärm- und Schwingungsminderung abgeleitet werden können. Berechnet wird die STI allgemein über das Produkt aus mechanischem Spannungstensor und Geschwindigkeitsvektor, aber auch eine Berechnung aus den Schnittgrößen der technischen Mechanik (Normalkräfte, Querkräfte, Momente) und den Geschwindigkeiten ist möglich.In der Literatur existieren Ansätze zur Herleitung von Schwingungsgrößen im Inneren von Schalen und Balken aus Messwerten an deren freien Oberflächen. Im Rahmen dieses Projekts soll u. a. eine simultane Erfassung der einzelnen Anteile aus In-plane- (Normalkraftanteile) und Out-of-plane- (Querkraft- und Momentenanteile) Schwingungen ermöglicht werden. Dadurch können zum einen die Ergebnisse numerischer Simulationen, die ebenfalls durchgeführt werden, verifiziert, zum anderen aber auch konstruktive Geräuschminderungsmaßnahmen gezielt und effizient für die den lokalen Körperschalltransfer dominierenden Anteile ausgelegt werden. 3D-Scanning-Laservibrometer erlauben die simultane Erfassung aller Schwinggrößen (auch derjenigen in der Schalenebene) und ebenso die simultane Erfassung der Normalanteile der Schwinggrößen in verschiedene Raumrichtungen, womit die STI-Messung für gekrümmte Balken- und Schalenstrukturen praktikabel wird.Neben der Erfassung aller zur messtechnischen Bestimmung der STI benötigten Schwinggrößen an mehreren Teststrukturen zunehmender Komplexität ist die Bildung ihrer ebenfalls benötigten räumlichen Ableitungen ein bedeutender Aspekt. Die dafür aus der Literatur bekannten Methoden sind bislang noch nicht bei gekrümmten Strukturen oder bei der Bestimmung von In-Plane-Anteilen verwendet worden. Daher ist es notwendig, diese Methoden hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf gekrümmte Strukturen zu analysieren und ggf. weiterzuentwickeln. Out-of-plane-Schwingungen weisen in realen, gekrümmten Strukturen deutlich größere Amplituden auf als In-plane-Schwingungen. Grundsätzlich hängt das Größenverhältnis aber auch von der Richtung der Anregung ab und ist somit nicht pauschal anzugeben. Bei der simultanen Erfassung beider Schwingungen sind aufgrund der Aussteuerung größere Rauschanteile bei den In-plane-Schwingungen zu erwarten. Daher ist der Aspekt der Signal-Filterung insbesondere für die In-plane-Anteile maßgeblich für eine genaue STI-Bestimmung, weshalb eine Filter-Methode entwickelt werden soll, die nicht nur für die Messung von Out-ouf-plane-, sondern auch für die von In-Plane-Schwingungen geeignet ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Tobias Melz