Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1084
Main Title: Untersuchung der hochfrequenten akustischen Transmission einer Kfz-Bodengruppe mittels Statistischer Energieanalyse
Translated Title: Investigation of the high frequency acoustic transmission of a car floor panel using statistical energy analysis
Author(s): Korte, Silje
Advisor(s): Möser, Michael
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die zunehmende Relevanz der Akustik als Komfort- und Kaufkriterium für Kraftfahrzeuge einhergehend mit immer kürzeren Entwicklungszeiten macht es wünschenswert, Vorhersagen über den Schalldruckpegel im Fahrzeuginnenraum bereits in der Konzeptphase treffen zu können. Die Methode der Statistischen Energieanalyse (SEA) ermöglicht dies für den mittleren und hohen Frequenzbereich. Sie wird zur Modellierung einer Bodengruppe verwendet. Eine Bodengruppe besteht aus umgeformten Blechen, auf denen sich einzelne Teile von Bitumenfolie befinden. Zum Fahrzeuginnenraum schließt sie mit einer Dämmung aus Schaum, Schwerschicht und Teppich ab, während sich unter dem Boden eine cW-Verkleidung und ein Wärmeabschirmblech befinden. Zur Untersuchung der Bodengruppe, die mit Teilen von Bitumenfolie belegt ist, wird das Schalldämmmaß mit SEA-Gleichungen einerseits mit äquivalenten Parametern berechnet. Andererseits wird die Platte in zwei Subsysteme geteilt, von denen eines vollständig und das andere gar nicht mit Bitumenfolie belegt ist. Die Schalldämmmaße unterscheiden sich im Bereich der Koinzidenz. Weiterhin bestimmen die Verformungen des Blechs die Transmission der Bodengruppe. Für kleine Verformungen (Sicken) ist es notwendig, Transmissionsgrade bzw. Kopplungsverlustfaktoren zu erhalten, die die Änderung des Körperschallverhaltens durch die Sicke berücksichtigen. In dieser Arbeit werden die (diffusen) Transmissiongrade von Plattenverbindungen mit dem Koppelbalken- und dem Plattenstreifenansatz berechnet. Grundsätzliche Untersuchungen zeigen, dass alle Wellenarten Körperschallenergie tragen. Für V- bzw. U-förmige Sicken findet man bei der Modellierung als Koppelbalken fast vollständige Reflexion von Biegewellen und sehr geringe Unterschiede zwischen den Balkenformen. Bei der Modellierung als Plattenstreifen dagegen tritt Hypersensitivität bezüglich des Platten- und des Plattenstreifenwinkels auf und die Transmissionsgrade unterscheiden sich deutlich je nach Sickenform. Besonders für den hohen Frequenzbereich, wenn die halbe Biegewellenlänge die Größenordnung der Plattenstreifenbreite erreicht, führen Resonanzeffekte zu deutlich anderen Transmissionsgraden als mit dem Koppelbalkenansatz. Die Bodendämmung eines Fahrzeugs wird untersucht, indem das Schalldämmmaß in verschiedenen Bauzuständen im Deckenprüfstand gemessen wird. Eine Bodendämmung aus Schaum, Schwerschicht und Teppich weist hierbei bis 2 kHz das höchste Schalldämmaß auf, während eine Dämmung aus Baumwollfaservlies mit durchlässigem Teppich darüber durch den Impedanzsprung zwischen Teppich und Luft zu einer höheren Schalldämmung führt. Außerdem erfolgt eine Optimierung der Bodendämmung an einem Gesamtfahrzeugmodell mit genetischen Algorithmen. Zielfunktion ist dabei der Schalldruckpegel im Fahrzeuginnenraum bei einer Luftschallanregung in den Unterbodenkavitäten. Es ergibt sich, dass die Schwerschicht der Bodendämmung entfallen sollte, während der Teppich einen sehr hohen spezifischen Strömungswiderstand aufweisen sollte. Damit ist eine Verminderung des Schalldruckpegels um 6 dB in einzelnen Terzen möglich. Durch die Berechnung der Schalldämmung mehrschichtiger Aufbauten kann gezeigt werden, dass aufgrund der Reflexionen, die aus den großen Impedanzsprüngen zwischen Teppich und Luft bzw. dem angrenzenden Schaum resultieren, das Schalldämmmaß des Aufbaus ohne Schwerschicht bis 630 Hz mit einem einfachen Delany-Bazley-Modell von Schaum und Teppich am höchsten ist.
Due to the growing relevance of acoustics as a criterion for comfort and the buying decision when purchasing a car, combined with a shortened development time, the sound pressure level inside the car should already be predicted in the conceptual phase. The statistical energy analysis is one method used for predictions in the mid- and high-frequency range. It is used to model a car floor. A car floor generally consists of reshaped steel plates, on which pieces of a bitumen layer are plastered. In the area of the passenger compartment, the floor is completed with the floor damping, consisting of a foam layer, a heavy layer, and a carpet. A cW-encapsulation and a heat cover plate are located underneath the floor. To analyze the floor panel, which is partly covered with a heavy bitumen layer, the transmission loss is on the one hand calculated with equivalent parameters. On the other hand the plate is divided into two subsystems, where one is completely covered with the heavy layer while the other remains uncovered. The resulting transmission losses differ only in the region of coincidence. Furthermore, the deformations of the metal sheet affect the transmission of the floor. For small deformations (swages), it is necessary to calculate transmission coefficients which account for the changes in structural behaviour due to the swages. In this thesis, the (diffuse) transmission coefficients of plate junctions are calculated using a coupling beam and a strip plate approach. General investigations reveal that all wave types carry structure-borne. For V- or U-shaped swages, the waves are almost totally reflected as bending waves when modelled as a coupling beam. The differences between the two beam shapes are small. In contrast, hypersensitivity occurs in the plate strip approach with respect to the plate angle and strip plate angle, and the transmission coefficients differ substantially depending on the shape of the strip plates. Especially for the high frequency range, when half a bending wave length fits the width of the strip plate, resonance effects result in other transmission coefficients than when the coupling beam method is applied. The floor damping of a car is examined by measuring the transmission loss of different states in a transmission suite. A floor damping of foam, heavy layer and carpet has the highest transmission loss up to 2 kHz, while a damping of cotton fiber mat and a permeable carpet has the highest transmission loss at higher frequencies due to the impedance jump between carpet and air. Finally, an optimization of the floor damping with a complete car model is carried out using genetic algorithms. The objective function is the sound pressure level within the driver's head cavity with a sound source located under the floor. As a result of the optimization, the heavy layer of the floor damping system should be omitted if a carpet with a very high specific flow resistance is used. This can lower the sound pressure level by as much as 6 dB in some third octave bands. By calculating the transmission loss of a treatment lay-up with a simple Delany-Bazley-model, it is revealed that the transmission loss of the damping without heavy layer is greater due to the reflections resulting from the impedance jump between the carpet and the air respectively the foam in a frequency range up to 630 Hz.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-9840
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1381
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1084
Exam Date: 10-Jan-2005
Issue Date: 4-Mar-2005
Date Available: 4-Mar-2005
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Akustik
Bodengruppe
Genetischer Algorithmus
Koppelbalkenansatz
Optimierung
Schwerschichten
Statistische Energieanalyse (SEA)
Transmissiongrad
Acoustics
Car floor panel
Coupling beam a
Genetic algorithm
Heavy layer
Optimization
Statistical energy analysis (SEA)
Transmission coefficient
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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