Schallabstrahlcharakteristik von Platten mit inhomogener Dämpfung und komplexen Schwingungseigenformen

Thema der vorliegenden Dissertation ist die Aufklärung der Schallabstrahlphänomene inhomogen bedämpfter Platten mit komplexen Schwingungseigenformen. Die komplexen Eigenformen unterscheiden sich von den reellen Eigenformen durch die Präsenz laufender Biegewellenanteile und wurden bei den bisherigen Untersuchungen zur Schallabstrahlung nicht berücksichtigt. Deshalb adressiert die vorliegende Arbeit die Besonderheiten dieser Eigenformen hinsichtlich der Schallabstrahlcharakteristik und hat das Ziel, das phänomenologische Verständnis der vibroakustischen Vorgänge, wie z. B. der Abstrahlung ins Fernfeld, zu verbessern. Wesentlicher Bestandteil der Arbeitsmethodik ist die detaillierte Untersuchung des Einflusses der Eigenvektorkomplexität auf die allgemein bekannten Metriken wie den modalen Abstrahlgrad, die Verteilung der Schallintensitätsquellen und -senken sowie das abgestrahlte Schallfeld.Weiterhin werden globale Indikatoren, wie die abgestrahlte Schallleistung und der Gesamtabstrahlgrad der inhomogen bedämpften Platte, betrachtet. Die komplexen Eigenschwingformen werden mit Hilfe der FE-Simulation für unterschiedliche charakteristische Dämpfungsverteilungen berechnet. Zur parametrischen Untersuchung komplexer Schwingformen hinsichtlich des Komplexitätsgrades wird zusätzlich ein analytisches Ersatzmodel definiert und ergänzend zu den numerischen Ergebnissen eingesetzt. Zur Bewertung des Komplexitätsgrades komplexer Schwingformen und der damit verbundenen Auswirkung auf das Abstrahlverhalten wird eine neuartige Metrik in Form des Stehwellenverhältnisses eingeführt. Aus der Betrachtung des Abstrahlverhaltens komplexer Eigenformen geht hervor, dass die Präsenz laufender Wellen einen wesentlichen Einfluss auf die genannten Metriken ausübt. So können z. B. die geraden Eigenformen der Platte unterhalb der Koinzidenzfrequenz ihr Abstrahlvermögen wesentlich erhöhen. Ein weiteres wichtiges Ergebnis der theoretischen Untersuchungen ist der Zusammenhang zwischen den Symmetrieeigenschaften inhomogener Dämpfungsverteilungen und dem daraus resultierenden Einfluss komplexer Anteile der Eigenformen auf die akustischen Indikatoren. Zur Verifikation der Simulationsergebnisse wird ein experimenteller Aufbau im reflexionsarmen Raum verwendet. Dort werden die Platten mit unterschiedlichen Dämpfungsverteilungen hinsichtlich der Präsenz komplexer Schwingungseigenformen charakterisiert und entlang der aufgestellten Forschungshypothesen betrachtet. Die experimentellen Untersuchungen bestätigen die Kernaussagen theoretischer Betrachtungen und zeigen, dass je nach Anwendungsfall die Berücksichtigung komplexer Eigenformen im Auslegungsprozess lärmoptimierter Strukturen eine wichtige Rolle spielen kann. Es zeigt sich, dass vor allem bei den unsymmetrischen Dämpfungsverteilungen der Einfluss der Eigenvektorkomplexität auf die akustischen Metriken am größten ist.