Berechnungsmethoden
Schon in den frühen 80er Jahren, als kommerziell noch kaum Verfahren zur Berechnung der Schallabstrahlung verfügbar waren, wurde am FKFS in Ergänzung zur messtechnischen Kompetenz damit begonnen, ein auf der Randelemente-Methode (Boundary Element Method, BEM) beruhendes Berechnungstool zu entwickeln. Dieses ermöglichte zusätzlich, in seiner inversen Anwendung eine Berechnung von Oberflächenschnellen auf der Basis von Schalldruckmessungen um das Objekt herum.
- BEM-Berechnung der Schallabstrahlung einer Fahrzeugtür
Aufbauend auf dieser Expertise werden derzeit am FKFS in der Regel kommerziell verfügbare Softwaretools eingesetzt. In Bezug auf die bekannten numerischen Verfahren, die zur Problemlösung und Entwicklung in der Fahrzeugakustik eingesetzt werden, stehen folgende Berechnungstools zur Verfügung:
- dynamische Finite-Elemete-Berechnung (NASTRAN)
- harmonischer FEM und BEM (Virtual.Lab)
- Statistische Energieanalyse, SEA.
- Numerische Aeroakustik (PowerFLOW, OpenFOAM und entsprechendes Post-processing).
Für die Numerische Aeroakustik werden am FKFS Simulationen mit modernen CFD-Verfahren sowohl auf Basis der Navier-Stokes-Gleichungen als auch auf Basis der Lattice-Boltzmann Methode durchgeführt. Diese Strömungssimulationen werden je nach Untersuchungsgegenstand
- als Direkte Simulation realisiert (direkte Berechnung auch der Schallfelder),
- mit akustischem Post-processing (z. B. akustische Analogie nach Ffowcs Williams – Hawkings) oder
- mit einem Struktur-Code (FEM, BEM, SEA) gekoppelt.
- Transiente Simulation des Schiebedachwummerns (Totaldruck, berechnet mit PowerFLOW®).
Die Untersuchungsobjekte sind hierbei im Wesentlichen die bekannten aeroakustischen Quellen am Fahrzeug, wie z. B.
- die Anbauteile (Antenne, Außenspiegel, Scheibenwischer, etc),
- der A-Säulenwirbel,
- der Unterboden sowie
- das Schiebedach- und Seitenfensterwummern.
Für die Berechnungen stehen leistungsfähige Workstations und ein Cluster mit z. Zt. etwa 400 Intel ® Xeon CPUs zur Verfügung.
- SAE_Modell im Modellwindkanal des FKFS für Messungen zum Schiebedachwummern.
Begleitet werden die Simulationen zur Aeroakustik von Verifizierungssexperimenten in den am Institut vorhandenen Windkanälen und Prüfständen. Im Besonderen stehen hierfür der Aeroakustik-Windkanal für den Maßstab 1:1 und der Modellwindkanal für die Maßstäbe 1:4 und 1:5 zur Verfügung.
Das FKFS verwendet nicht nur gängige kommerzielle CFD-Codes, sondern testet auch OpenSource-Codes und entwickelt neue Berechnungsmethoden zur Optimierung der herkömmlichen Verfahren bzw. zur Erschließung neuer, effizienter Werkzeuge zur Untersuchung fahrzeugakustischer Probleme.
- Schema der Simulation der Fluid-Struktur-Interaktion
- Ausbreitung eines Schallpulses in der turbulenten Fahrzeugumströmung zur Abschätzung der Auswirkung der Ausbreitungseffekte.
