Ähnlichkeitsanalyse schwingender Platten mit Dämpfung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Tobias Melz, seit 12/2023
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517342666

Körper- und Luftschall können an einem skalierten Modell einer mechanischen Originalstruktur gemessen und mit Hilfe von Modellgesetzen auf das Original übertragen werden. Der experimentelle Aufwand kann so reduziert werden. Außerdem können möglichst viele Informationen aus einem Versuch gewonnen werden, z. B. durch Übertragung von Ergebnissen des Modellexperiments auf mehrere Größenstufen einer Struktur (Baureihen). Dazu wird die Ähnlichkeitstheorie genutzt, um vibroakustische Größen (Eigenfrequenzen, Schwinggeschwindigkeiten, Schalldrücke usw.) vom skalierten Modell auf das Original (oder umgekehrt) zu übertragen. In bisherigen Arbeiten wird davon ausgegangen, dass die Dämpfungseigenschaften von Modell- und Originalstruktur identisch sind. Der Antragsteller hat jedoch gezeigt, dass sich die Dämpfungseigenschaften von Modell und Original statistisch signifikant unterscheiden können. Dies verringert die Vorhersagegenauigkeit von Modellversuchen; ihr praktischer Nutzen ist auf wenige Fälle beschränkt, in denen eine gleiche Dämpfung zwischen Modell und Original gewährleistet werden kann. Eine Änderung der Dämpfung bei skalierten Modellen wird dadurch verursacht, dass (1) die Randbedingungen der Originalstruktur nur annähernd im Modell abgebildet werden können und (2) die Materialeigenschaften von Modell und Original streuen. Dies führt zu unvollständiger Ähnlichkeit. Um die genauen Zusammenhänge zu klären, müssen im Projekt zunächst die bestehenden Ähnlichkeitsmethoden weiterentwickelt werden, damit die Dämpfungseigenschaften körperschallerregter mechanischer Strukturen skaliert werden können. Es hat sich gezeigt, dass eine „Ähnlichkeitstheorie höherer Ordnung“ („finite similitude theory“) bestehende Skalierungsverfahren für geometrisch unvollständig ähnliche Platten und Balken deutlich verbessern kann. Dieser Ansatz wird in diesem Projekt maßgeblich erweitert, um Modellversuche an körperschallerregten Platten durchzuführen, bei denen die Dämpfung von Original und Modell unterschiedlich ist. Mit diesem Wissen kann schließlich die Vorhersagegenauigkeit von vibroakustischen Modellversuchen verbessert werden, indem die Dämpfungseigenschaften sowie das Körperschallverhalten vom Modell auf das Original übertragen werden. Somit trägt das Projekt dazu bei, die Anwendbarkeit von Modellversuchen in der Vibroakustik deutlich über die derzeitigen Möglichkeiten hinaus zu erweitern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Großbritannien, Italien
• Kooperationspartner: Dr. Keith Davey; Professor Dr. Sergio De Rosa
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Adams, bis 11/2023