Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5559
Main Title: Application of the interface mobility concept for low-noise design
Translated Title: Anwendung des Konzepts der Interface-Mobilitäten für eine geräuscharme Konstruktion
Author(s): Sayer, Agnes
Advisor(s): Möser, Michael
Referee(s): Möser, Michael
Vorländer, Michael
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: In previous research it was suggested that the process for low–noise design of machinery could be based on the interface mobility concept. In this thesis this proposition is investigated numerically and experimentally. The interface mobility concept provides an analysis of the vibratory behavior at the contact points between a structure–borne sound source and a corresponding receiver structure. Thereby, the spatial distribution of velocity and mobility at the contact points, which build the ’interface’, is respectively transferred to so–called order values through a discrete spatial Fourier transform. As a result the velocity orders as well as equal–order interface mobilities and cross–order interface mobilities are obtained. These order values describe the interplay between the fundamental motions carried out at the contact points, allowing conclusions regarding the general motion of the structure. Numerical and experimental investigations show that changes in the source mechanism or a different geometrical arrangement of the contact points allow a deliberate suppression or shift of specific order values. The transmitted structure–borne sound power is regarded as an authoritative quantity for the efficiency of low–noise design measures. By neglecting certain degrees of freedom of structural motion at the contact points, the transmitted power can be considered using the interface mobilities. Furthermore, it can be calculated as combination of two distinct order terms: the source descriptor represents a measure for the source strength, while the coupling function describes the actual transmission process between source and receiver. According to theory, a reduction of the transmitted power can be achieved by a smart combination of these two quantities. Two practical case studies were carried out in order to investigate the feasibility of the interface mobility concept for low–noise design: a compressor used for the inner cooling of a refrigerator structure and a ship fan unit, attached to a rib–stiffened plate. By varying the arrangement of the contact points which constitute the structure–borne sound power transmission paths, the influence on the order values is analyzed. It was found that changing the geometrical arrangement of the contact points can lead to a reduction of the transmitted power by up to 10 dB in certain frequency regions.
In vorangehenden Forschungsarbeiten wurde vorgeschlagen das Konzept der Interface–Mobilitäten als Grundlage zur Konstruktion geräuscharmer Maschinen zu verwenden. In dieser Arbeit wird diese These numerisch und experimentell überprüft. Das Konzept der Interface–Mobilitäten dient der Analyse des Schwingungsverhaltens an den Kontaktpunkten zwischen einer Köperschallquelle und einer zugehörigen Empfangsstruktur. Dabei wird die räumliche Verteilung von Schnelle und Mobilität an den Kontaktpunkten, die das ’Interface’ bilden, mittels einer diskreten räumlichen Fouriertransformation in sogenannte Ordnungen zerlegt. Dabei entstehen Schnelleordnungen sowie Gleich– und Kreuzordnungen der Interface–Mobilitäten. Diese Ordnungen beschreiben das Zusammenspiel zwischen den fundamentalen Bewegungen an den Kontaktpunkten und lassen somit Rückschlüsse auf die allgemeine Bewegung der Struktur zu. Numerische und experimentelle Untersuchungen hinsichtlich der Beeinflussbarkeit der Ordnungen bei variierenden Quell–, Kopplungs– und Empfangsstruktureigenschaften zeigen, dass Änderungen des Anregemechanismus und der Verteilung der Kontaktpunkte die gezielte Unterdrückung oder Verschiebung einzelner Ordnungen erlauben. Als maßgebende Kenngröße für die Wirksamkeit geräuschmindernder Maßnahmen wird die übertragene Körperschallleisung erachtet, die sich unter Vernachlässigung einzelner Bewegungskomponenten mithilfe der Interface–Mobilitäten bestimmen lässt. Weiterhin lässt sich die Leistung als Kombination zweier Ordnungsgrößen berechnen. Die Ordnungen des Quelldeskriptors stellen ein Maß für die Stärke der Körperschallquelle dar, während die Ordnungen der Kopplungsfunktion den Übertragungsprozess zwischen Quelle und Empfänger beschreiben. In der Theorie lässt sich die übertragene Leistung durch eine geschickte Kombination dieser beiden Größen gezielt reduzieren. Zwei praktische Fallbeispiele werden zur Untersuchung der Anwendbarkeit des Konzeptes herangezogen: ein Kompressor als Köperschallquelle innerhalb einer Kühlschrankstruktur und ein Schiffslüfter, befestigt auf einer periodisch versteiften Platte. Durch Variation der Kontaktpunkte als Übertragungswege für die Körperschallleistung wird der Einfluss auf die resultierenden Ordnungswerte analysiert. Die Untersuchungen zeigen, dass eine geometrische Umordnung der Kontaktpunkte zu einer Reduktion der übertragenen Leistung von bis zu 10 dB in bestimmten Frequenzbereichen führen kann.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5972
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5559
Exam Date: 10-Oct-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 3-Nov-2016
DDC Class: DDC::600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften::620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): structure-borne sound source
structure-borne sound power
low-noise design
interface mobilities
source descriptor
Körperschallquelle
Körperschallleistung
geräuscharme Konstruktion
Interface-Mobilitäten
Quelldeskriptor
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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