Vibroakustische Metamaterialien zur Minderung von Körperschall

von Angelika Albrecht

Vibroakustische Metamaterialien könnten als neuartige Schwingungs-minderungsmaßnahme in den verschiedensten Branchen zum Einsatz kommen, beispielsweise im Maschinen- und Fahrzeugbau oder in der Raumfahrt. Sie mindern störenden Körperschall oder helfen, Gerätschaften zu stabilisieren und Komfort zu steigern. Unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF werden im Projekt »MetaVib« numerische und experimentelle Methoden erarbeitet, um die Forschungslücke im systematischen Auslegungsprozess für vibroakustische Metamaterialien zu schließen und für die industrielle Anwendung nutzbar zu machen.

An vibroakustischen Metamaterialien wird aktuell weltweit geforscht. Mit ihrer Hilfe können die Amplituden von schädlichen Strukturschwingungen und Lärm so tief und breitbandig reduziert werden, wie das mit konventionellen Maßnahmen praktisch nicht umsetzbar ist. Im Forschungsprojekt »MetaVib« werden vibroakustische Metamaterialien in unterschiedlichen Formen und mit individuell anpassbaren Funktionen entwickelt.

So wirken vibroakustische Metamaterialien

Diese Metamaterialien werden aus periodisch angeordneten passiven oder aktiven lokalen Resonatoren auf dem zu beeinflussenden Bauteil aufgebracht. Die lokalen Resonatoren werden auf die adressierte Eigenfrequenz abgestimmt und mit Abständen kleiner als die halbe Wellenlänge der zu beeinflussenden Frequenz auf der Grundstruktur platziert. In diesem Frequenzbereich entstehen dann sogenannte Stoppbänder in der Übertragungsfunktion – Bereiche, in denen keine Wellenausbreitung möglich ist.

Virtueller Entwicklungsprozess für reale Anwendungen als Toolbox verfügbar

Derzeit erfolgt die Auslegung und Herstellung vibroakustischer Metamaterialien meist ohne ausreichende systematische Vorgehensweise oder Berücksichtigung wirtschaftlicher Herstellungsprozesse. Diese Aspekte werden im Fraunhofer-internen PREPARE-Projekt »MetaVib« adressiert. Die institutsübergreifenden Forscherteams entwickeln Auslegungskonzepte für Simulation und Herstellung von passiven und aktiven vibroakustischen Metamaterialien. Die erarbeitete Methodik wird an einer Fahrzeugtür mit integrierten vibroakustischen Metamaterialien und an kompakten Schalldämpferkulissen validiert.

Seit dem Beginn des Projektes am Fraunhofer-Institut wurden generische Methodiken zur Charakterisierung und numerischer Auslegung von vibroakustischen Metamaterialien entwickelt. Mit der Verwendung dieses Auslegungsprozesses wurden Konzepte speziell für die Fahrzeugtür und die Schalldämpferkulissen ausgelegt und gefertigt (meist aus Metallen und Kunststoffen). Die gewonnenen Erkenntnisse aus den gefertigten Demonstratoren werden auch in der virtuellen Entwicklung berücksichtigt. Dies soll in eine virtuelle Toolbox einfließen, die das Design und die Optimierung von Strukturen als vibroakustische Metamaterialien auf unterschiedlichen Detaillierungsstufen ermöglicht.

Praxisbezogener Austausch mit Experten: Online-Seminar

In einem Online-Seminar vermittelt Fraunhofer LBF am 25. November mehr Informationen zu dem Thema. Das kostenfreie Seminar zur » Vibroakustische Metamaterialien und deren Einsatzpotenziale« am 23. November 2021 präsentiert aktuelle Entwicklungen und Trends zur Beeinflussung von Vibroakustik mittels Resonatoreffekt und richtet sich an Interessenten aus Industrie (Mobilität/Auto), Maschinenbau, Energie, etc.

Anmelden zum Online-Seminar am 23. November 2021 von 10.00 - 12.00 Uhr können Sie sich HIER: »Vibroakustische Metamaterialien« Motivation - Potenziale - Lösungen

Die Agenda finden Sie HIER

Den aktuellen MetaVib-Flyer können Sie HIER herunterladen

Mehr über Fraunhofer-Metavib finden Sie HIER


Quelle
: Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (Fraunhofer LBF) / Bilder: Fraunhofer IBP

Erläuterung Vorschaubild: Vibroakustische Metamaterialien mindern Körperschall, wenn sie beispielsweise in eine Fahrzeugtür integriert werden

Erläuterung Beitragsbild: Schematische Darstellung eines passiven Schalldämpferkissens (grün) mit aktivierten Einheitzellen (orange).

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