Projektziel

Insbesondere durch Einbeziehung von elementbasierten Berechnungsverfahren, soll für realistische Fertigungstoleranzen die Ermittlung eines Vertrauensintervalls vibroakustischer Berechnungsergebnisse der Statistischen Energie Analyse ermöglicht werden.

Ausgangssituation

Zur Berechnung und Optimierung der akustischen Bauteileigenschaften von Flugzeugstrukturen werden im höheren Frequenzbereich analytische Berechnungsverfahren sowie numerische Modelle basierend auf der SEA (Statistische-Energie-Analyse) eingesetzt. Die Beschreibung des numerischen Modells erfolgt hierbei durch Subsysteme, denen vibratorische Energieniveaus zugeordnet werden, sowie durch Kopplungsverlustfaktoren, die den Energieaustausch zwischen den Subsystemen beschreiben. Die der SEA zugrunde liegende statistische Betrachtungsweise führt dazu, dass ein Berechnungsergebnis als "Ensemble-" bzw. Mittelwertergebnis für ähnlich geartete Strukturen angesehen werden kann. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die Modalformen bzw. die Lage der Eigenfrequenzen für die dem "Ensemble" zuzurechnenden Systeme nur geringfügig unterscheiden. Für die Auslegung von Bauteilen ist jedoch zusätzlich zu der Berechnung der Mittelwertergebnisse dynamischer Parameter auch die Bestimmung der zu erwartenden Abweichungen bzw. die Angabe eines Vertrauensintervalls von Interesse. Hierbei müssen sowohl die messtechnisch erfassbaren Parameterstreuungen realer Bauteile als auch die statistischen Annahmen des Berechnungsverfahrens berücksichtigt werden.

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes werden Methoden erarbeitet, die neben der Berechnung von dynamischen Mittelwertergebnissen, die Bestimmung von Vertrauensintervallen für die vibratorischen Energieniveaus der SEA Subsysteme ermöglichen. Dabei werden unter anderem Berechnungsverfahren verwendet, die von speziellen Verteilungsfunktionen der Eigenfrequenzen ausgehen. Basierend auf einer Charakterisierung der externen dynamischen Subsystemanregung sowie den Kopplungen benachbarter Subsysteme, wird die Bestimmung eines Vertrauensintervalls möglich. In einem weiteren Schritt werden die Einflüsse von Fertigungstoleranzen realer Strukturen einbezogen. Hierfür werden hybride Berechnungsansätze entwickelt, bei denen diskrete Parameterstreuungen realer Bauteile mittels eines Finite-Elemente-Modells (FEM) der Strukturen in die SEA Beschreibung eingehen sollen. Die zu entwickelnden Methoden werden anhand von Monte-Carlo Simulationen durch Nutzung von elementbasierten Verfahren wie der FEM und der Boundary-Elemente-Methode (BEM) verifiziert und mittels messtechnischer Ergebnissen realer Flugzeugrumpfstrukturen validiert.

Ausblick

Ziel des Projektes ist es, zusätzlich zu den Berechnungsergebnissen eines SEA-Modells, ein Vertrauensintervall zu bestimmen, das sowohl die statistischen Annahmen der Methode als auch die bei realen Flugzeugstrukturen auftretenden Unsicherheiten berücksichtigt.