Ziel

Ziel des Projektes sind zuverlässige Berechnungsmodelle für die vibroakustische Auslegung von Flugzeugkabinen, die den Einfluss unsicherer bzw. streuender Parameter berücksichtigen.

Ausgangssituation

Viele Fragestellungen in den Ingenieurwissenschaften werden heute mit Hilfe von Diskretisierungsmethoden wie beispielsweise der Finite-Elemente-Methode (FEM) oder der Boundary-Elemente-Methode (BEM) gelöst. Insbesondere die stetige Weiterentwicklung der Computertechnologie erlaubt dabei die Verwendung immer feinerer und vermeintlich genauerer Modelle. Vielfach unberücksichtigt bleiben jedoch Ungenauigkeiten, die durch die Verwendung unsicherer oder streuender Eingangsdaten entstehen und teilweise zu erheblichen Abweichungen zwischen vorhergesagtem und realem Bauteilverhalten führen können.

Ein häufiger Grund für ungenaue Eingangsdaten ist die produktionsbedingte Streuung beispielsweise der Werkstoffparameter oder der Bauteilgeometrie. Zusätzlich stehen während der Entwicklung neuer Bauteile oft keine exakten Angaben zu Geometrie und Werkstoffverhalten zur Verfügung. Trotzdem werden erste Aussagen zum Bauteilverhalten bereits in frühen Entwicklungsphasen gefordert, um Entwicklungszeit und -kosten so gering wie möglich zu halten.

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes werden verschiedene Methoden untersucht, die eine Berücksichtigung der beschriebenen Unsicherheiten bei der vibroakustischen Auslegung von Flugzeugkabinen erlauben. Eine weit verbreitete Methode stellt dabei die Monte-Carlo-Simulation dar. Trotz ihrer Eignung für verschiedenste Fragestellungen und der guten Auswertbarkeit der Ergebnisse, z.B. hinsichtlich Streuung und Fehlerabschätzung, weist die Monte-Carlo-Situation einige Nachteile auf. Insbesondere die hohe Anzahl an notwendigen Einzelrechnungen stellt eine praktische Limitierung bei der Untersuchung rechenintensiver vibroakustischer Modelle dar. Eine weitere Beschränkung ergibt sich aus der Notwendigkeit, dass für die Eingangsdaten Informationen über deren stochastische Verteilung vorliegen müssen. Dies ist in frühen Entwicklungsphasen oder bei nicht-stochastischen Größen jedoch selten der Fall.

Der Schwerpunkt des Projektes liegt daher auf der Untersuchung der Anwendbarkeit nicht-probabilistischer Verfahren. Insbesondere Fuzzy- und Intervall-basierte Methoden versprechen dabei ein großes Potential. Die Verwendung dieser Methoden erlaubt gegenüber der Monte-Carlo-Simulation oft eine erhebliche Reduzierung der notwendigen Rechnungen. Abhängig vom verwendeten Verfahren wird dieser Vorteil jedoch durch möglicherweise auftretende künstliche Unschärfen (Über- oder Unterschätzung der Zielgrößen) und die teilweise eingeschränkte Kompatibilität mit kommerziellen (deterministischen) Softwarepaketen erkauft. Ob und inwieweit diese Methoden für vibroakustische Berechnungen dennoch geeignet sind, wird im Verlauf des Projektes untersucht werden.

Ausblick

Ziel des Projektes sind zuverlässige Berechnungsmodelle für die vibroakustische Auslegung von Flugzeugkabinen, die den Einfluss unsicherer bzw. streuender Parameter berücksichtigen. Nur mit solchen Modellen ist eine konsequente Optimierung der Bauteile, vom Entwurfsstadium bis hin zu einer Serienproduktion mit ihren unvermeidbaren Fertigungsschwankungen, möglich.