Anmelden
Titelbild Strukturmechanik und Akustik
Strukturmechanik und Akustik
Skip Navigation LinksHochschule UlmDEForschung an der Hochschule UlmStrukturmechanik und Akustik

Strukturmechanik und Akustik

Zu Schwingungen von Fahrzeug- und Maschinenbaukomponenten sowie zur Schallabstrahlung schwingender Strukturen -  allgemein zusammengefasst unter dem Begriff NVH  (Noise, Vibration, Harshness)  -  wird seit vielen Jahren erfolgreich geforscht. So strahlen Aggregate, die in ein „dünnwandiges" Gehäuse eingebaut sind, über dieses Gehäuse als Resonanzkörper sehr viel Schall ab. Durch „intelligente" Formgebung der Gehäuse kann dieser Lärm deutlich vermindert werden. Mit Hilfe umfangreicher Parameterstudien werden Richtlinien für die Gestaltung schalltechnisch günstiger Gehäusebauformen aufgestellt sowie das „Einsparpotential" an Lärm beziffert. Die Schwingungsanregung durch Zahnräder und Wälzlager kann an einem eigenen Getriebeprüfstand direkt im Lastpfad gemessen und mit Hilfe von Mehrkörper-Simulationsmodellen berechnet werden. Die Arbeiten sind verbunden mit einer mehr als 25jährigen Erfahrung auf dem Gebiet der numerischen Luftschallberechnung und der experimentellen Validierung der Berechnungen in jedem Schritt, auch inklusive der  Auralisierung (Hörbarmachung) der simulierten Geräusche.

Ansprechpartner:
Institut für Fahrzeugsystemtechnik

Aktuelle Projekte

Untersuchungen zur Schallleistungsbestimmung an Fahrzeug-Schaltgetrieben

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Wender
Projektlaufzeit: 10.05.2016 - offen

Projektbeschreibung:
Rechnerische und Messtechnische Ermittlung der abgestrahlten Schallleistung eines zweistufigen Fahrzeuggetriebes unter Anwendung neuartiger Simulations- und Messtechniken.

 

Abgeschlossene Projekte

Mehrkörpersimulation der Schwingungsanregung in Fahrzeuggetrieben

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Wender
Projektlaufzeit: 11/2012 - 06/2016

Projektbeschreibung:
Ziel dieser Forschungsaufgabe ist es, die Schwingungsanregung, welche durch den Zahneingriff im Getriebe entsteht, zu simulieren. Als Schnittstelle zwischen dem Getriebegehäuse und den Getriebewellen ist der Sitz des Lageraußenrings definiert. Mit Hilfe der Mehrkörper-Simulation werden die dynamischen Kräfte berechnet, die durch die Drehmomentübertragung vom antreibenden auf das abtreibende Zahnrad entstehen und über den Kraftfluss „Zahnrad-Welle-Lager“ am Sitz des Lageraußenrings in das Getriebegehäuse eingeleitet werden.

Entwicklung eines Getriebeprüfstandes zur Messung der Geräuschentwicklung an Fahrzeuggetrieben

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Wender
Projektlaufzeit: 10/2012 - 06/2016 

Projektbeschreibung:
Ziel dieser Forschungsaufgabe ist es, einen Getriebeprüfstand zu entwickeln, mit dem die dynamische Lagerkraft im akustisch relevanten Frequenzbereich gemessen werden kann. Zur Untersuchung der Schwingungsanregung des Getriebegehäuses werden Messungen im Drehzahlbereich von 800 1/min bis 3500 1/min und bis zu einem Drehmoment von 120 Nm durchgeführt. Das Konzept sieht ein Serien-KFZ-Getriebe und ein selbstkonstruiertes Prinzipgetriebgehäuse mit einer schräg- und einer geradverzahnten Zahnradstufe vor. Zwischen Lageraußenring und Lagersitz im Getriebegehäuse ist ein piezoelektrisches Messsystem entwickelt worden, um die dynamischen Lagerkräfte in den drei Achsrichtungen aufzuzeichnen.
image_HS_IFS_StruA_Pic08.jpg

Entwicklung und Umsetzung von Schallreduzierungsmaßnahmen am Donauschiff „Ulmer Spatz“

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Bernd Graf
Projektlaufzeit: 05/2015 - 04/2016 

Projektbeschreibung:
Ausarbeitung und Überprüfung von Schallreduktionsmaßnahmen auf einem kleineren Passagierschiff auf der Donau, dem  „Ulmer Spatz“, das der geltenden Verordnung zur zulässigen  Geräuschemissionen nicht gerecht wurde. Um den Vorgaben des zuständigen Schifffahrtsamtes zu entsprechen war eine Reduzierung des Schalldruckpegels um ca. 6 dB(A) erforderlich.
Zur Reduzierung der Geräuschemissionen wurde folgendes Konzept entwickelt: Durch eine Ist-Aufnahme der akustischen Randbedingungen, basierend auf einer quantitativen Vermessung zur Ortung von Oberflächen und Bauteilen mit hohen Schallleistung/Schallabstrahlungen, sollen Rückschlüsse zu relevanten Schallquellen und der Schallverbreitung getroffen werden. Mit diesen Erkenntnissen wurden mögliche Maßnahmen zur Schallreduzierung erarbeitet und bewertet werden und damit eine Detailplanung zur Umsetzung der Maßnahmen erstellt werden.
Nach Umsetzung der Maßnahmen wurde eine Vergleichsmessung durchgeführt und damit die Wirksamkeit der Maßnahmen bestätigt, so dass akustischen Vorgaben des Schiffahrtsamtes nun eingehalten werden. [mehr]
image_HS_IFS_StruA_Pic07.jpgSchalintensitätsverteilung im Schiffsinnern

Mitarbeiter

Seit den 1990er Jahren leitet Herr Prof. Wender die Forschung im Labor für Strukturmechanik und Akustik. In den letzten 15 Jahren wurden zudem vier sich zeitlich überlappende Promotionen durchgeführt, so dass das Wissen und die Erfahrung weitergegeben und darauf aufgebaut werden konnte.
V.l.n.r.: Bernd Wender, Bernd Graf, Jochen Neher, Stefan Falkenberger, Denis Werner
image_HS_IFS_StruA_Pic06.JPG

Prof. Dr.-Ing Bernd Wender
Fon: +49 (0731) 50-28116
Raum: B 214
wender@hs-ulm.de

Prof. Dr.-Ing Bernd Graf
Fon: +49 (0731) 50-28038
Raum: B 105
bgaf@hs-ulm.de

M. Eng. Denis Werner
Fon: +49 (0731) 50-16831
Raum: F030

Technische Ausstattung

Im Labor für Strukturmechanik und Akustik (Räume F028 bis F031) befinden sich acht Arbeitsplätze für Mess- und Simulationsaufgaben, die jeweils mit entsprechender Hard- und Software ausgestattet sind.
Für Schallfeldmessungen ist ein eigener hochwertiger reflexionsarmer Raum sowie als Gegenstück ein Raum mit schallharten Wänden (Hallraum) verfügbar.

image_HS_IFS_StruA_Pic09.jpgReflexionsarmer Raum der Hochschule UlmAkkustiklabor_2017_7.jpg


Raum mit schallharten Wänden (Hallraum):
Mittels des Hallraums können Schallmessungen der Genauigkeitsklasse 2 nach DIN EN ISO 3743-1 durchgeführt werden zur Messung von:
  • Schallleistung und Schallenergie
  • Schallabsorption
  • Frequenzanalyse in Oktav-und Terzbändern
  • Übertragungsfunktionen

Die maximale Bezugsquadergröße ist 1,2 m³, wobei jede Abmessung < 1 m sein muss. Die untere Grenzfrequenz beträgt 432 Hz.

Reflexionsarmer Raum:
Schwingungsentkoppelter Vollfreifeldraum mit einem Schallabsorptionsgrad von 99% ab 175 Hz. Geeignet für:
  • Schalldruck- und Schallintensitätsmessungen
  • Schalllokalisation
  • Frequenzanalysen
  • Bestimmung von Übertragungsfunktionen
Die Innen-Abmessungen des Raumes betragen 4 x 4,5 x 1,75 m (Länge x Breite x Höhe)

Messausrüstung:
Mobile Hardware für dynamische Messungen bis 64 Kanäle (2x NI cDaq 9172):
  • 12 Spannungseingänge (3x NI 9215)
  • 20 IEPE Analogeingänge (5x NI 9234)
  • 4   DMS-Halb- und Vollbrückeneingänge (1x NI 9237)
  • 4   Spannungsausgänge (1x NI 9269)
Softwaresysteme StruAMess (Eigenentwicklung), LMS Test.Lab und I-deas Test zur:
  • Kraft-, Weg- und Beschleunigungsmessungen im Zeit- und Frequenzbereich
  • Experimentelle Modalanalyse (EMA), Betriebsmodalanalyse (OMA) und Order-Based-Modal-Analysis (OBMA)
  • Schallfeldmessungen (Schalldruck- und Schallintensität), Schallleistungsmessung
  • Ordnungsanalyse

Sensorik und Aktuatorik:
  • 10 Kondensatormikrofone (AVM MI17; B&K 4189&2671; GRAS 40AF&26AG)
  • Schallintensitätssonden (Microflown PU-Probe PT0405-22; GRAS 50AI)
  • Laser Vibrometer (Polytec Polytec OFV-505)
  • Uni- und triaxiale Beschleunigungsaufnehmer
  • Kraftaufnehmer und Lagerkraftmessaufnehmer
  • Impulshammer für Modalanalyse (PCB 086C01 und PCB 086D05)
  • Elektromagnetische Shaker zur Schwingungsanregung (2x LDS V407 mit 196 N 5-9000Hz; LDS V201 mit 8,9 N 5-12000 Hz; TIRA vib TV50018 mit 18 N und 2-20000 Hz)
  • Handschallpegelmesser (Brüel & Kjaer Type 2250-L)
  • Vergleichsschallquelle (B&K Typ 4205)
  • Kalibrator (Brüel & Kjaer Type 4294 Beschleunigungskalibrator, G.R.A.S. 42ab Sound Calibrator)
  • u.v.m.

Simulationssoftware:
Für die Berechung der Kraftanregung, z.B. an Zahnrädern, über die Schwingungsantwort, bis zur Schallabstrahlung ist langjährige Erfahrung mit folgenden Softwarepaketen vorhanden:
  • Hyper Works (FEM)
  • RecurDyn (MKS)
  • PERMAS (FEM)
  • ASOURA (BEM)
  • I-deas (FEM)
  • LMS Virtual.Lab (FEM, BEM)

Veröffentlichungen

  • Falkenberger, S., Werner, D., Neher, J., Graf, B., Wender, B.;Validation of the measured and calculated dynamic bearing forces in gearboxes concerning the sound radiation of gearboxes;Proceedings of the International CAE-Conference Parma, 17.-18.10. 2016
  • Falkenberger, S., Werner, D., Neher, J., Graf, B., Wender, B.;Sound radiation of gearboxes – Investigation of the measured and calculated dynamic bearing force in gearboxes;Proceedings of the International Conference on Noise and Vibration Engineering (ISMA) Leuven, 19.-21.09.2016
  • Falkenberger, S., Werner, D., Neher, J., Graf, B., Wender, B.;Validation of the measured and calculated dynamic bearing forces in gearboxes concerning the sound radiation of gearboxes;RecurDyn Technology Days 2016 München, 27.04.2016
  • Werner, D., Falkenberger, S., Neher, J., Graf, B., Wender, B.;Getriebeprüfstand zur Bestimmung der Genauigkeit von Schallabstrahlungsberechnungen;Forschungsreport 2016 für den Maschinenbau in Baden-Württemberg
  • Falkenberger S., Neher J., Graf B., Wender B.;Experimental and computational studies of the noise generation of gearboxess;ICSV22 Florenz (Italien), 12.-16.07.2015
  • Falkenberger S., Neher J., Graf B., Wender B.;Experimental and computational studies of the sound radiation of gearboxes;ICEDyn2015 Lagos (Portugal), 22.-24.06.2015
  • Falkenberger S., Neher J., Graf B., Wender B.;Experimental and computational studies of the sound radiation of gearboxes;ISMA 2014 an der Katholieke Universiteit Leuven (Belgium), 15.-17.09.2014
  • Falkenberger S., Neher J., Graf B., Wender B.;Rechnerische und experimentelle Untersuchungen der Geräuschentwicklung und der Schallabstrahlung bei Getriebegehäusen.;Forschungsreport für den Maschinenbau in Baden-Württemberg, WS2013/14.
  • Neher J., Graf B., Falkenberger S., Wender B.;Sound radiation simulation methods for gearboxes – with a special focus on ribs.;ISMA 2012 an der Katholieke Universiteit Leuven (Belgium), 17.-19.09.2012
  • Löfflad, J.; Eissner, M.; Graf, B.; Strain gauge Measurements of rotating parts with telemetry;IGHEM 2012 Trondheim (Norway); 27. - 30.06.2012
  • Neher, J.; Graf, B.; Wender, B.;Simulation methods for the sound radiation of gearboxes.;PERMAS User´s Conference, Heidelberg, 26.-27. April 2012
  • D'Amico, R.; Neher, J.; Wender, B.; Pierini, M.;On the improvement of the solution accuracy for exterior acoustic problems with BEM and FMBEM.;Engineering Analysis with Boundary Elements 36 (2012), S. 1104-1115
  • Neher, J.;Rechnerische und experimentelle Untersuchungen der Schallabstrahlung bei Fahrzeuggetrieben.;Dissertation 2011, Technische Universität Ilmenau, durchgeführt im Labor für Strukturmechanik und Akustik der Hochschule Ulm, betreut und begutachtet von Prof. Dr. B. Wender
  • Graf, B.; Chen, L.;Acoustic Fluid-Structural Interaction Method for Modal Analysis with Experimental Results of a Hydraulic Prototype Turbine Runner in Water; 36th MPA-Seminar Stuttgart; 07.10.2010
  • Graf, B.; Chen, L.;Acoustic Fluid-Structural Interaction Method for Modal Analysis with Experimentel Results of a Hydraulic Prototype Turbine Runner in Water;ISMA 2010 an der Katholieke Universiteit Leuven (Belgium), 20.-22.09.2010
  • Neher, J.; Wender, B.;Validated modelling of joints for the sound radiation simulation of gearboxes;ISMA 2010 an der Katholieke Universiteit Leuven (Belgium), 20.-22.09.2010
  • Neher, J.; Wender, B.;Simulated Gearbox Noise;NVC 2010, Universiti Kebangsaan Malaysia, Putrajaya, Malaysia, 28.-30.06.2010
  • Neher, J.; Wender, B.; Modelling of bolted joints for the simulation of the sound radiation; The Sixteenth International Congress on Sound and Vibration (ICSV16), Krakow, 5.-9.7.2009
  • Husung, S.; Neher, J.; Gramstat, S.; Weber, C.; Wender, B.; Augsburg, K.; Auralisierung simulierter akustischer Eigenschaften eines Hinterachsgetriebes unter Nutzung von VR (Auszeichnung im Rahmen des "Best Paper Award"); 8. Paderborner Workshop Augmented & Virtual Reality in der Produktentstehung, 29.5.2009
  • Wender, B.; Simulation der Schallabstrahlung "dünnwandiger" Gehäuse im Maschinen- und Fahrzeugbau
  • Technische Simulation Wirtschaft/ Wissenschaft, IHK Ulm, 19.3.2009
  • Graf, B.; Wender, B.; Berechnung und Reduzierung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen; Forschungswerk 2009, Hochschule Ulm
  • Graf, B.; Neher, J.; Wender, B.; Frequenzspezifische Parameterstudien zur Reduzierung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen; Maschinenakustik 2008 in Böblingen, VDI-Berichte 2052
  • Graf, B.; Neher, J.; Wender, B.; Frequency-specific parametric studies for the reduction of the sound radiation of gearbox housings; ISMA 2008 an der Katholieke Universiteit Leuven (Belgium)
  • Neher, J.; Wender, B.; Dynamische Simulation einer Getriebebaugruppe unter Betrachtung der Schraubenverbindungen; 3. Wissenschaftliches Kolloquium, 17.10.2007, Hochschule Ulm
  • Graf, B.; Validierung von Methoden zur Berechnung und Reduzierung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen; Dissertation, TU Ilmenau, 2007
  • Graf, B.; Wender B.; Lärmarme Fahrzeuggetriebe: Optimierte Gehäusestrukturen durch Simulation, Messung, Gestaltung; Tag der Wirtschaft Hochschule Ulm am 19. Mai 2006
  • Graf, B.; Wender B.; Schallabstrahlungsberechnung von Getriebegehäusen - Möglichkeiten und Grenzen; 1. Wissens. Kolloquium 2006 des Instituts für angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Ulm am 20. Januar 2006
  • Graf, B.; Wender B.; Auf dem Weg zu leiseren Fahrzeugen. Möglichkeiten und Grenzen der quantitativ aussagekräftigen Schallabstrahlungsberechnungen an Getriebegehäusen; Horizonte Nr. 27 / Dezember 2005, S. 51-55
  • Graf, B.; Wender B.; Quantitative evaluation of the sound radiation calculation chain of gearbox housings; Vortrag bei der International Conference on Sound and Vibration ICSV12 am 12.07.2005 in Lissabon (Portugal)
  • Graf, B.; Wender B.; Wie exakt ist Schallabstrahlung berechenbar ?; FHU-Life, Magazin der Fachhochschule Ulm, Nr. 1, 2005, S. 10-14
  • Graf, B.; Wender B.; Mehrstufiges Model-Updating zur Evaluierung der Schallabstrahlungsberechnung an einem Prinzip - Getriebegehäuse; Vortrag auf dem 22. CADFEM User's Meeting 2004 am 11.11.2004 in Dresden
  • Graf, B.; Wender B.; Multi level model updating for the evaluation and the optimisation of the sound radiation calculation of a principle gearbox housing; Vortrag an der ISMA 2004 am 20.09.2004 an der Katholieke Universiteit Leuven (Belgium)
  • Graf, B.; Wender B.; Schwingungen und Schallabstrahlung von Gehäusestrukturen - Ermittlung und Reduktion; Vortrag am Fachgebietskolloquium Kraftfahrzeugtechnik VDI Arbeitskreis Fahrzeugtechnik am 03.06.2003 an der Technischen Universität Ilmenau
  • Wender B.; Untersuchungen zur Gehäusegestaltung für lärmarme Zahnradgetriebe.; Konstruktion (6-2002), S. 85-90
  • Wender B.; Lärmarme Fahrzeuggetriebe - auch eine Frage der Gehäusegestaltung?! Gleichzeitig: Exponat -Schallintensitätsmessung, -Experimentelle Modalanalyse, -FEM/BEM-Berechnung am Forschungstag an der FH Esslingen; Vortrag zum 4. Forschungstag der Fachhochschulen - Zukunftsoffensive Verkehr - am 9.11.2000, Kurzfassung in Horizonte Nr. 17, 11/2000, S. 43-44
  • Wender B.; Erarbeitung von Richtlinien für die Gestaltung schallarmer Fahrzeug-Getriebegehäuse.; FHU Forschungsreport 1996-1999, Februar 2000
  • Wender B.; Sound radiation of vibrating structures - how to predict and reduce it by simulation.; Vorträge: University of Plymouth, 23.11.1999 University of Bradford, 26.11.1999
  • Wender B.; Untersuchungen zur Geräuschabstrahlung von "Prinzip-Getriebegehäusen" mit Versteifungsrippen.; Konstruktion 50 (1998), Heft 10, S. 29-35
  • Wender, B.; Wie man Höbares auf dem Bildschirm sichtbar macht.; FHU-Life, Magazin der Fachhochschule Ulm, Nr. 2, 1996, S. 4-7
  • Wender, B.; Kelkel, K.; Weber, W.; Berechnung der Schallabstrahlung von Getriebegehäusen durch Kopplung von Finite Element- und Boundary-Element-Methoden.;     6. Internationaler Kongress "Berechnung im Automobilbau" Würzburg 21.-23.09.1992, VDI Bericht Nr. 1007
  • Wender, B.; Le Cong, S.; Gestaltung von Versteifungsrippen und Bohrungen an Getriebegehäusen.; Konstruktion 43 (1991), Heft 11, S. 365-370
  • Kelkel, K.; Wender, B.; Weber, W.; Test-Based Finite Element Calculation on a Step-Loaded Brake Housing.; 3rd International Conference on Vehicle Dynamics and Powertrain Engineering, Strasbourg, 11.-13.6.1991


Quicklinks