Effiziente breitbandige Simulation von großen vibroakustischen Systemen mit zufälligen Eingangsdaten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Matthias Bollhöfer; Professorin Dr.-Ing. Sabine C. Langer; Professor Dr.-Ing. Ulrich Römer
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531569940

Die vibroakustische Analyse großskaliger Probleme steht im Zentrum des Interesses im modernen akustischen Produktentstehungsprozess. Trotz der Reife der Finite-Elemente-Methode stellt eine breitbandige Analyse stark gekoppelter Probleme immer noch eine rechnerische Herausforderung dar. Verschärft wird die Situation durch die Notwendigkeit, Unsicherheiten zu quantifizieren, was entscheidend für die robuste Prognose bei Umwelt- und Fertigungsschwankungen ist. Das Projekt zielt darauf ab, diese Probleme mit einem hybriden Ansatz zu adressieren, der "Sparse Surrogate" und "Reduced Order Modeling" in einer fehlergesteuerten und adaptiven Art und Weise kombiniert. Das Projekt basiert auf einer Reihe gut ausgewählter Testfälle aus der Bauakustik und der Akustik von Mobilitätsträgern mit hochdimensionaler parametrischer Unsicherheit. Zur Generierung der Daten im Parameterraum wird eine großskalige Finite-Elemente-Analyse mit modernen iterativen Lösern eingesetzt, da die Methoden der numerischen linearen Algebra für großskalige Probleme und die Adaptivität entscheidende Faktoren für die weitere Automatisierung von Simulationsverfahren für die Vibroakustik sind. Effektive Surrogat- und Modelle reduzierter Ordnung werden auf der Basis von (nichtlinearen) interessierenden Größen und Fehlermaßen ausgewählt, die akustische Designentscheidungen beeinflussen. Es wird ein hybrider Ansatz etabliert, der eine reduzierte Basis und ein Surrogatmodell verwendet, um die Frequenz- bzw. Zufallsparameterabhängigkeiten zu behandeln. Fehlerschätzer und Kostenmodelle ermöglichen eine optimale Allokation der Rechenressourcen innerhalb des hybriden Ansatzes. Darüber hinaus werden durch Variation der Netzauflösung und der Solver-Genauigkeiten der Finite-Elemente-Modelle Multi-Fidelity-Daten erzeugt, die dann zur weiteren Steigerung der Effizienz der Hybridmethode eingesetzt werden. Das Projekt befasst sich auch mit strukturerhaltenden Konzepten und der Wiederverwendung von lokalen Abtastinformationen und Daten, die während der Solveraufrufe gewonnen werden. Das Projekt wird einen bedeutenden Beitrag zur Modellierung von Surrogaten und Systemen reduzierter Ordnung für die Vibroakustik und dynamische Systeme weit über den Stand der Technik hinausgehend leisten und realistische und anspruchsvolle Benchmark-Beispiele aus der Praxis bereitstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen