Weiterentwicklung eines Verfahrens zur Schallquellenortung an Verbrennungsmotoren

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1 Weiterentwicklung eines Verfahrens zur Schallquellenortung an Verbrennungsmotoren Bestimmung der Schalldruck- und -Schnelleverteilung einer abstrahlenden Oberfläche mit Hilfe der Boundary-Element-Methode - Anwendbarkeit in der Praxis Dr.-Ing. Joachim Baumhauer Mit 52 Bildern und 13 Tabellen

2 - 2- Inhalt s Verzeichnis Vorwort 1 Formelzeichen und Abkürzungen 6 Zusammenfassung 10 1 Einleitung und Aufgabenstellung 12 2 Verfahrensgrundlagen nach dem Stand der Technik Grundlagen der Boundary-Element-Methode (BEM) Aufstellung und Lösung des Gleichungssystems in RACOS Regulaxisierung des Gleichungssystems Entwicklungsstand der Schallquellenortung mit RACOS Weitere akustische Anwendungen von BEM-Verfahren Beurteilungskriterien für die Qualität der Schallquellenortung Monopol-Strahler-Synthese und daraus abgeleitete numerische Kenngrößen Visuelle Beurteilung 24 4 Untersuchungen mit der Monopol-Strahler-Synthese Diskretisierung der Objektoberfläche und Wahl der Berechnungsparameter Unterschiedliche Verteilung der Oberflächenschnelle Annähernd gleichmäßige Verteilung der Oberflächenschnelle Oberflächenschnelleverteilung mit hoher Energiekonzentration Einfluß des Regularisierungsfaktors Vergrößerung des Meßflächenabstandes 34

3 Kriterien zur Festlegung des Regularisierungsfaktors Speziell angepaßte Diskretisierung Kritische Lage pegelbestimmender Schnellewerte Kombination von Elementen unterschiedlicher Größe und Ordnung Einfluß des Regularisierungsfaktors Einfluß des Meßflächenabstandes Einfluß unterschiedlicher Elementtypen Vergleich verschiedener Arten der Regularisierung Maximale Berechnungsfrequenz in Abhängigkeit vom Elementenetz Regelmäßige Diskretisierung Speziell angepaßte Diskretisierung Adaptive Objektmodellierung nach vorab berechneter Schnelleverteilung Bestimmung eines geeigneten Regularisierungsfaktors für die Vorabberechnung Vorabberechnung (gleichmäßige Diskretisierung) Anpassung der Diskretisierung Bestimmung des optimalen Regularisierungsfaktors für die angepaßte Diskretisierung Schallquellenortung (angepaßte Diskretisierung) Irreführende Schalldruckverteilung auf der Meßfläche Gewinnung und Aufbereitung der Eingangsdaten Festlegung der Meßflächen Geeignete Anzahl der Meßpunkte Anordnung der RACOS-Punkte auf der Hüllfläche Gleichmäßige Verteilung der RACOS-Punkte Punkteverdichtung im Bereich hoher Pegel... 67

4 Lücken in den Meßflächen Erstellung der RACOS-Eingangsdaten aus dem gemessenen Schalldruck Aufzeichnung des Schalldrucks Transformation in den Frequenzbereich Auswahl der Frequenzlinien Übernahme der Meßwerte Implementierte Verfahren Bestimmung eines Ersatzwertes für fehlende Meßwerte Grenzwertbetrachtung bei der Interpolation 82 6 Untersuchungen an einer Lautsprecherbox Objektbeschreibung Anregung mit einem aktiven Lautsprecher Beschreibung der Anregung Erfassung und Aufbereitung der Schalldruckwerte Bestimmung des optimalen Regularisierungsfaktors Ergebnisse bei kleinem Meßflächenabstand Ergebnisse bei großem Meßflächenabstand Anregung mit drei aktiven Lautsprechern Beschreibung der Anregung Erfassung und Aufbereitung der Schalldruckwerte Bestimmung des optimalen Regularisierungsfaktors Ergebnisse bei kleinem Meßflächenabstand Ergebnisse bei mittlerem Meßflächenabstand Ergebnisse bei großem Meßflächenabstand Teilschallquellen mit unterschiedlicher Phasenlage Teilschallquellen mit unterschiedlicher Leistung Vergleich mit gemessenen Oberflächenwerten.. 98

5 -5-7 Untersuchungen an einem gekapselten 4-Takt-Ottomotor Objektbeschreibung Festlegung der Meßflächen Messungen mit kurbelwinkelfester Abtastimg Bestimmung des optimalen Regularisierungsfaktors Ergebnisse bei vollständig geschlossener Kapsel Ergebnisse bei teilweise entfernter Kapsel Messungen mit zeitfester Abtastung Vorgabe von Schnellewerten auf der Oberfläche Vergleiche mit anderen Ortungsverfahren Faktoren zur Beeinflussung der Programmlaufzeit Programminterne Feld-Dimensionierung Größe der Systemmatrix Rechenleistung Größe des Arbeitsspeichers Sonstige Einflußgrößen Zusammenfassung der für die Anwendung entscheidenden Erkenntnisse Ausblick Schrifttum 126 Anhang: Elementenetze und Farbbilder 132