Numerische Vorhersage hochfrequenter Schallemissionen von Schiffen basierend auf der Energie-Finite-Elemente-Methode und der Energie-Boundary-Elemente-Methode
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Abstract:
Die Anwendbarkeit deterministischer numerischer Verfahren wie der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder der Boundary-Elemente-Methode (BEM) ist für große Schiffsstrukturen auf den unteren Frequenzbereich beschränkt. Für hochfrequente Probleme führt die frequenzabhängige Netzauflösung schnell zu Problemgrößen, die nicht mehr effizient behandelbar sind. Ein effektiver Ansatz für die Behandlung hochfrequenter Probleme ist durch die energetische Betrachtung der Strukturantwort sowie der akustischen Feldgrößen gegeben. Die daraus resultierenden Differentialgleichungen sind mithilfe der energiebasierten FEM (EFEM) und BEM (EBEM) effizient lösbar. Die Unbekannten der EFEM sind Energiedichten, während durch die Unbekannten der EBEM Dichten einer Quellstärke beschrieben werden. Da die Energiedichten und die Dichten der Quellstärke nicht oszillatorisch sind, sind die Diskretisierungen der Lösungsgebiete für beide Verfahren weitestgehend unabhängig von der Frequenz. Im Vergleich zu den deterministischen Verfahren sind die resultierenden Gleichungssysteme deutlich kleiner und schneller lösbar.In diesem Beitrag wir die Anwendung der EFEM und EBEM für die Vorhersage hochfrequenter Schallemissionen von Schiffen vorgestellt. Nach einer kurzen Einführung in die EFEM und EBEM wird die Kopplung der beiden Verfahren beschrieben. Dabei wird die EFEM für die Bestimmung der Strukturantwort und die EBEM für die Bestimmung des abgestrahlten Schallfelds verwendet. Die Anwendung des gekoppelten EFEM-EBEM-Vibroakustiklösers wird am Beispiel eines Schiffs ausführlich erläutert.