Akustik & Vibrationen

MSC Software bietet Simulationslösungen, die akustische und
schwingungstechnische Phänomene erklären und NVH-Probleme beseitigen

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Ingenieure müssen sich häufig mit der Lösung von Schwingungs- und Akustikproblemen beschäftigen, da unerwünschte Schwingungen und Geräusche Probleme verursachen. Beispielsweise beeinträchtigen Schwingungen die Haltbarkeit von Produkten oder Personen fühlen sich durch Geräusche belästigt. Diese Probleme werden NVH (Noise, Vibration, Harshness) genannt und gehören zu den häufigsten direkt wahrgenommenen Qualitätsmerkmalen eines Produkts.

MSC Software bietet Simulationslösungen, die akustische und schwingungstechnische Phänomene erklären und NVH-Probleme beseitigen können. Mit Finite Elemente Analysen (FEA) und Berechnungen der Mehrkörperdynamik verstehen Ingenieure, weshalb eine Komponente oder ein System bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen vibriert. Auf diese Weise kann zum Beispiel festgestellt werden, wie ein Fahrer oder Fahrgast in einem Auto das Motorengeräusch beim Fahren oder bei der Beschleunigung wahrnimmt und welche Schwingungen und Geräusche entstehen, wenn das Auto durch ein Schlagloch fährt.

Ingenieure können mit Hilfe von MSC Software geräuschminimierende Maßnahmen entwickeln und akustische Untersuchungen wie Luft- und Körperschallanalysen durchführen. Unter Körperschall versteht man den Schall, der sich in einem Festkörper ausbreitet. Dazu gehören beispielsweise die Übertragung von Schwingungen in Gebäuden durch Erschütterungen und Erdbeben oder Motor- und Getriebegeräusche in Maschinen und Fahrzeugen. Als Luftschall bezeichnet man Schallwellen, die sich über die Luft ausbreiten, zum Beispiel die Windgeräusche eines Fahrzeugs.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich Akustik & Vibrationen gehören:

Applied impulse loading for a time NVH analysis

ATV vibration analysis
 

Um die strukturmechanischen Schwingungseigenschaften einer Komponente oder eines Systems zu verstehen, muss der Ingenieur die natürlichen Schwingungseigenschaften der Struktur kennen. Diese Eigenschaften werden auch als Schwingungsmodi bezeichnet. Zudem muss der Ingenieur wissen, wie die Struktur auf externe Belastungsfaktoren reagiert. Diese Untersuchungen erfolgen durch Frequenzganganalysen oder Berechnungen im Zeitbereich für transiente Belastungen.

Die NVH-Lösungen von MSC Software enthalten Funktionen für die Berechnung des linearen und nichtlinearen Einschwingverhaltens in transienten Analysen sowie Frequenzganganalysen struktureller Komponenten, Systeme und mechanischer Baugruppen mit und ohne modale Reduktion. Wenn es auf Geräusche oder Haltbarkeit ankommt, können anhand dieser durch gekoppelte Akustikanalysen gewonnenen Schwingungsinformationen Prognosen für Innen- oder Außengeräusche oder Produktlebensdauervorhersagen erstellt werden. Dabei werden die bei der Schwingungssimulation ermittelten detaillierten Daten der vibratorischen und transienten Lasthistorie verwendet.

Acoustic analysis of a muffler

Acoustic radiation analysis of an engine

Interior acoustics example
 

MSC Software bietet bewährte Lösungen und Verfahren für die Simulation und Prognose der so genannten Innen- und Außenraumakustik. Für die Innenraumakustik stellt MSC eine Simulation der Fluid-Struktur-Kopplung zur Verfügung, bei der der Druck innerhalb eines umgrenzten Raums berechnet wird. Auf Grundlage dieses Ergebnisses wird bestimmt, welchem Schalldruckpegel beispielsweise Fahrzeuginsassen ausgesetzt sind.

Bei der Außenraumakustik werden in entsprechenden Simulationsverfahren Strukturen und Schwingungen gekoppelt. In einer einzigen gekoppelten vibroakustischen Analyse wird auf diese Weise das Schallfeld analysiert, das von einer schwingenden Struktur abgestrahlt wird. Dank der Verwendung infiniter Elemente erübrigen sich umfangreiche Netzdarstellungen des Feldes um akustische Quellen. Neben der Berechnung des Schalldruckpegels bietet MSC Analyseverfahren, mit denen Ingenieure feststellen können, welche Komponenten einer Baugruppe am meisten zu einem bestimmten Geräusch betragen. Dies wird als „Panel Participation“ bezeichnet.




FRF based approach used to analyze engine and tire loads
 

Eine Herausforderung bei der NVH-Analyse ist die Bestimmung des Pfades des Energieflusses von der Quelle zu einem relevanten Punkt. Es ist vorteilhaft, die Quelle unerwünschter Schwingungen oder Geräusche vor der Montage oder Endfertigung zu kennen. Hierfür bietet MSC Software eine auf der Frequenzgangfunktion (Frequency Response Function, FRF) beruhende Methode an.

Mit der FRF wird der Frequenzgang von Komponenten aufgrund von Einheitsbelastungen bei einer bestimmten Frequenz dargestellt. Die FRFs der Komponenten können anschließend kombiniert werden, um die FRFs von Baugruppen mit diesen Komponenten zu erzeugen. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist, dass er sich für die Übertragungsweganalyse eignet. Mit dieser Analyse können die Anwender den Energiefluss von der Quelle zum Empfänger verfolgen. Dies ermöglicht die Bestimmung kritischer Wege und Geräuschquellen. Im Bild oben links ist zum Beispiel der Motor die Geräuschquelle, im Bild unten sind es die Reifenbelastungen. Um die NVH in Fahrzeugen zu verstehen und zu verbessern, müssen Ingenieure daher eine Analyse des kompletten Systems durchführen. Mit MD Nastran ist dies möglich, denn mit den anwendungsspezifischen Solvern verfügt es über die gewünschte Skalierbarkeit.

Connectors are specified between the trim body and the suspension at four locations
 

Viele kritische NVH-Probleme treten im Fahrzeugbau auf. Um das realistische Verhalten simulieren zu können, muss das Simulationsmodell ein nahezu vollständiges Fahrzeugsystem darstellen. Die dabei erzeugten Computermodelle der strukturmechanischen Systembaugruppen können sehr umfangreich sein.

MSC Software bietet industriell bewährte, leistungsstarke Methoden für die korrekte und effiziente Modellierung und Simulation solcher Modelle. Hierzu gehören: :

  • Verfahren für die Modellierung geschweißter, geklebter und anderer Fügeverbindungen von Baugruppen
  • ACMS (Automated Component Mode Synthesis) für eine schnellere, parallelisierte modale Analyse umfangreicher Modelle
  • Externe Superelemente für den Montageprozess. Superelemente gestatten die logische Partitionierung eines kompletten Fahrzeugs und die Wiederverwendung von Komponenteninformationen. Dadurch verringert sich die Berechnungsdauer

 


MSC Software wird in vielen Bereichen der NVH-Simulation eingesetzt:

  • Akustische Participation Faktoren
  • Analyse von Modellen mit Innenausstattung
  • Automatische Component Mode Syntheses (ACMS)
  • Komplexe Eigenwerte
  • Designoptimierung auf dynamische Eigenschaften
  • Flexible Körper für die Mehrkörpersimulation
  • Analyse des Frequenzbereichs
  • Frequenzganganalyse von Komponenten und Assemblies (FRF&FBA)
  • Transferpfadanalyse (TPA)
 
  • Ermittlung der Lasten/li>
  • Lasten: Frequenz oder Zeitabhängigkeit, Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung
  • Modale Participation Faktoren
  • Zusammenfassung mehrerer Optimierungsläufe
  • Eigenfrequenzanalyse
  • Random Response Analyse
  • Superelemente
  • Dynamische-transiente Berechnung

Industrielle Anwendungen:

  • Luft- & Raumfahrt / Verteidigung: Lüfter Geräusche, Inneneinteilung, Schalldämmung für Triebwerke, Dämpfungssysteme
  • Fahrzeugtechnik: Transmission, Abgasanlagen, Bremsen, Planetengetriebe, Kettenantriebe, Windlaufblech, Antriebsstrang, Motorlager, Getriebelager, elastische Einzelteile der Hinterachse, elastische Einzelteile der Vorderachse
  • Schwermaschinen: Kompaktlader, viskoelastische Befestigungen, Rohraufhängung, Fahrdynamik und und Fahrwerke, Fahrhauslagerung
MSC Software Produkte: 

Actran Acoustics

Simulation von Akustik- & Vibrationsverhalten

Marc

Erweiterte nichtlineare Simulationen

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

MSC Nastran Desktop

Multidisziplinäre Simulationslösung für den Desktop

Patran

Pre- & Postprozessor für CAE-Modellierung

SimDesigner

CAD-integrierte Simulation

SimXpert

Integrierte Simulationsumgebung