Dämpfungsverhalten und Schallabstrahlung von Mehrschichtverbunden

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Verbundwerkstoffe mit geringer Dichte und hohen E-Moduli zeigen bei dynamischer Anregung eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Luftschallabstrahlung, bieten jedoch einen breiten Spielraum zur Anpassung des Materialverhaltens. Die Steifigkeit und Dämpfung sind dabei gegensätzlich von der Faserorientierung abhängig. Die Auslegung dieser Verbunde erfordert durch FEM-Simulationen einen hohen Modellierungsaufwand und lange Rechenzeiten. Im Gegensatz dazu benötigt die mehrdimensionale numerische Optimierung ein effizientes vibro-akustisches Simulationsmodell für zahlreiche Wiederholungsrechnungen. Ein energiebasierter modaler Dämpfungsansatz wurde als Erweiterung der FEM-Simulationen für anisotropes und nicht-lineares Dämpfungsverhalten erforscht, parametrisiert und validiert. Die abgestrahlte Schallleistung wird effizient durch einen geschwindigkeitsbasierten Ansatz aus stationären Struktursimulationen ermittelt, anstelle eines komplexen multi-physikalischen Modells. Analytische Formulierungen der Vergrößerungsfunktionen der modalen Leistungsbeiträge ermöglichen eine exakte Berechnung der frequenzabhängigen Abstrahlung mit wenigen Frequenzschritten und deren Überführung in eine skalare Zielfunktion. Diese Methodik unterstützt die vibro-akustische Optimierung von Verbundbauteilen und zeigt das große Potenzial thermoplastischer Verbundwerkstoffe im Vergleich zu einem Referenzteil aus Stahl.