Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4214
Main Title: Prediction of structure-borne sound power injection by vibrational sources with a focus on ship structures
Translated Title: Prognose der von Körperschallquellen übertragenen Körperschallleistung im Hinblick auf schiffbauliche Strukturen
Author(s): Mathiowetz, Sebastian
Referee(s): Möser, Michael
Moorhouse, Andrew
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung von Körperschallquellen sowie der Beschreibung des Übertragungsprozesses in schiffbaulichen Strukturen. Da die Schallübertragung über mehrere Kontaktpunkte und mehrere Richtungskomponenten erfolgt, ist eine detaillierte Beschreibung des Übertragungsprozesses in der Regel praktisch nicht umsetzbar. Der Ansatz Single Equivalent Approximation sowie die Methode der Interface Mobilitäten stellen vereinfachte Verfahren zur Beschreibung der Schallübertragung dar. In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit beider Methoden für schiffbautypische Installationen untersucht, wobei drei Hauptziele verfolgt werden: Zunächst werden die Methoden für die Beschreibung elastisch gelagerter Quellen erweitert und bewertet. Anschließend wird die Anwendung beider Methoden für Quellen mit kontinuierlichen linienförmigen Kontakten untersucht. Zuletzt wird die Anwendbarkeit der Methoden für nicht-vertikale Richtungskomponenten und kombinierte Anregung für starr sowie elastisch gelagerte Quellen analysiert. Beide Methoden stellen Näherungsverfahren dar, welche die Schallübertragung auf Basis unabhängiger aktiver und passiver Quell- und Empfängereigenschaften beschreiben. Im Allgemeinen sind dies die Mobilitäten der Quelle und des Empfängers sowie die Aktivität der Quelle. Der Ansatz Single Equivalent Approximation basiert auf dem Ansatz der effektiven Mobilität, d.h. es ist eine Schätzung der Kraftverhältnisse an den Kontaktpunkten erforderlich. Eine frequenzabhängige Einzahlwertdarstellung der Subsysteme wird durch Mittelung der effektiven Punktmobilitäten über die Kontaktpunkte erreicht. Die Quellenaktivität wird durch die Summe der freien Schnellequadrate repräsentiert. Die Methode der Interface Mobilitäten greift auf die Fouriertransformierten der Subsystemmatrizen zurück, welche zusammen mit der fouriertransformierten freien Schnelle die übertragene Leistung beschreiben. Die Schallübertragung lässt sich so in eine Summe sogenannter Interface Ordnungen zerlegen, welche jeweils elementare Bewegungsanteile der Übertragung wie zum Beispiel die translatorischen und rotatorischen Starrkörperbewegungen bei tiefen Frequenzen repräsentieren. Die Methode basiert auf einer Vernachlässigung von Interface Mobilitäten mit Kreuzordnung, welche eine Variation der herkömmlichen Mobilitäten entlang der Kontaktpunkte beschreiben. Für die untersuchten Fallbeispiele – elastisch gelagerte Quellen, Quellen mit kontinuierlichen Kontakten sowie nicht-vertikale Richtungskomponenten – konnte die Anwendbarkeit beider Methoden grundsätzlich bestätigt werden. Die erzielbare Genauigkeit in Bezug auf die übertragene Körperschallleistung liegt hier im Bereich von etwa ± 5 dB, wobei mit der Methode der Interface Mobilitäten tendenziell eine höhere Genauigkeit erzielt werden kann. Probleme bestehen jedoch bei der Anwendung beider Methoden für die kombinierte Anregung durch mehrere Richtungskomponenten, welche insbesondere bei starr gekoppelten Quell- und Empfangsstrukturen von Bedeutung sein kann.
In this thesis the characterization of structure-borne sound sources and the description of the transmission process on board ships is addressed. A detailed description is not a practical approach as in general multiple contact points and components of motion are involved. The approach of single equivalent approximation and the interface mobility method provide simplified descriptions of the transmission process. In this thesis their applicability to installations that are typically found in the shipbuilding industry is examined, focusing on three key aspects: First, the methods are extended and evaluated for multi-point resiliently mounted sources. Secondly, both methods are evaluated with regard to continuous line-shaped contact interfaces. Thirdly, their applicability with respect to multi-component rigidly and resiliently mounted sources is analyzed. Both methods provide an approximate description of power transmission in terms of independent active and passive source and receiver data, given by the source and receiver mobilities as well as the source activity. The approximate character of the single equivalent approximation is twofold. First, the method is based on the concept of effective mobility, which requires an estimate of the force ratios at the contact points to be made. Secondly, the effective mobilities are averaged over the contact points in order to obtain independent single equivalent representations of the structural characteristics of the subsystems. The activity of the source is represented by the sum of squared free velocity magnitudes. The interface mobility method is based on Fourier transforms of the subsystem matrices of source and receiver. Along with the Fourier transform of the activity of the source, a description of the transmitted power in terms of interface orders is obtained, revealing information about the phase distribution at the interface. Thus, the transmission can be subdivided into a sum of orders, each of which is associated with an elementary part of motion such as rigid body bouncing and rocking at low frequencies, for instance. The method relies upon a negligence of cross-order interface mobilities, which account for a variation of ordinary spatial mobilities along the contact points. The applicability of both methods was generally confirmed for the studied cases of resiliently mounted sources, sources with continuous contacts as well as non-vertical components of motion. With regard to the transmitted structure-borne sound power, the accuracy to be achieved is in the range of about ± 5 dB, where the interface mobility method tends to yield a higher accuracy than the single equivalent approximation. Problems to be solved remain when combined excitation by multiple components of motion needs to be taken into account, which is likely to be the case for rigidly coupled sources and receivers.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-57574
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4511
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4214
Exam Date: 2-Oct-2014
Issue Date: 29-Oct-2014
Date Available: 29-Oct-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Körperschallleistungsübertragung
Körperschallquellencharakterisierung
Schiffsakustik
Ship acoustics
Structure-borne sound power transmission
Structure-borne sound source characterization
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 5 Verkehrs- und Maschinensysteme » Institut für Strömungsmechanik und Technische Akustik (ISTA) » Publications

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