Numerische Simulation von Akustik-Akustik- und Strukturmechanik-Akustik-Kopplungen auf nichtkonformen Gittern

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Inhalt

Das Projekt beschäftigt sich mit der Entwicklung von effizienten numerischen Verfahren für die Simulation von Schallentstehungs- und Ausbreitungsproblemstellungen aus der klassischen Vibroakustik (z.B. elektrodynamischer Lautsprecher, Lastgeräusche bei Transformatoren, etc.) bis hin zur Aeroakustik (strömungsinduzierter Lärm). Da für viele Problemstellungen die Diskretisierungsanforderungen im Bereich der Schall- bzw. Lärmerzeugung (Strukturmechanik) wesentlich unterschiedlicher sind als im Gebiet der Schallausbreitung (Akustik), bieten sich nichtkonforme Diskretisierungstechniken, basierend auf einer geometrischen Zerlegung des Simulationsgebietes, an. Diese Verfahren sind herkömmlichen konformen Methoden an Flexibilität überlegen, da sie für die einzelnen Teilgebiete eine entsprechend der partiellen Differentialgleichung optimale Diskretisierung erlauben.

Ziel des Projekts ist es, stabile und optimale Mortar-Finite-Elemente-Methoden für Strukturmechanik-Akustik(Vibroakustik) und Akustik-Akustik (Aeroakustik) Problemstellungen zu entwickeln, mathematisch zu analysieren, algorithmisch umzusetzen und deren Effizenz anhand von praxisrelevanten Anwendungsbeispielen zu demonstrieren. Dabei werden die Expertisen des Instituts für Angewandte Analysis und Numerische Simulation der Universität Stuttgart und des Lehrstuhls für Sensorik der Universität Erlangen-Nürnberg kombiniert, um diesen komplexen Anforderungen gerecht zu werden.

Nichtkonformes Gitter in 3D mit Farbdarstellung und Isoflächen des Schalldrucks einer Punktquelle

Nichtkonformes Gitter in 3D mit Farbdarstellung und Isoflächen des Schalldrucks einer Punktquelle

Akustisches Nahfeld eines umströmten Zylinders berechnet auf einem nichtkonformen Gitter
Akustisches Fernfeld eines umströmten Zylinders
Akustisches Nahfeld eines umströmten Zylinders berechnet auf einem nichtkonformen Gitter. Der Zylinder ist weiß dargestellt. Die Strömungsrichtung ist von links nach rechts.
Akustisches Fernfeld eines umströmten Zylinders
Nichtkonformes Gitter einer akustischen Linse mit gekrümmtem Übergang

Nichtkonformes Gitter einer akustischen Linse mit gekrümmtem Übergang. Im Gebiet der Linse (violett) wird Mechanik berechnet. Im Rest des Gebiets (grün und rot) wird die Akustikgleichung gelöst.

Übergang des akustischen Pulses in die Linse
Ablösung einer akustischen Welle von der Linse
Akustischer Puls bildet die höchste Amplitude im Brennpunkt der Linse
Übergang des akustischen Pulses in die Linse. Darstellung: außen Schalldruck, innen Auslenkung
Ablösung einer akustischen Welle von der Linse
Akustischer Puls bildet die höchste Amplitude im Brennpunkt der Linse