Numerische Untersuchung der akustischen Eigenschaften von trennenden und flankierenden Bauteilen: Fid-Bau Portal

Numerische Untersuchung der akustischen Eigenschaften von trennenden und flankierenden Bauteilen

Clasen, Dirk

Oftmals wird der Nachweis über eine ausreichende Schalldämmung mit Hilfe von Messungen erbracht, die jedoch kostenintensiv sind und die Herstellung eines Prototypen erfordern, an dem die Messungen durchgeführt werden können. Eine rechnergestützte Untersuchung kann diesen Nachweis kostengünstiger und schneller erbringen. Zu diesem Zweck wird in der Arbeit ein Berechnungsmodell vorgestellt, dass in der Lage ist, die Schalltransmission durch im Hochbau übliche Wandkonstruktionen zu bestimmen und alle dabei auftretenden dynamischen Wechselwirkungsvorgänge berücksichtigt. Das vorgestellte Modell beschreibt das Körperschallverhalten von trennenden und flankierenden Bauteilen, die angrenzenden Luftschallfelder sowie die Interaktion zwischen Körper- und Luftschall. Auf Basis der berechneten Werte ist es möglich, die für eine schallschutztechnische Auslegung benötigten Kennwerte wie z.B. das Schalldämm-Maß oder das Stoßstellendämm-Maß zu ermitteln. Zur Bestimmung dieser Größen ist das Schwingungsverhalten der Bauteile, die Ausbreitung von Schall in der Luft sowie deren gegenseitige Interaktion zu modellieren. Für das Schwingungsverhalten der Bauteile sind die Biegebewegung sowie die inplane Schwingung entscheidend. Die Biegebewegung der Bauteile wird mit Hilfe der Mindlinschen Plattentheorie beschrieben. Durch die elastische, dynamische Scheibengleichung werden die inplanen Wellen im Modell erfasst. Stoßstellen wie z.B. Wandknoten werden mit Hilfe eines Feder-Dämpfer-Modells abgebildet, dessen Parameter durch Messungen bestimmt wurden. Im Hochbau übliche zweischalige Wandkonstruktionen enthalten in der Regel schallabsorbierende Füllstoffe. Zur Modellierung derartiger Materialien werden zwei Modelle vorgestellt und miteinander verglichen. Der erste Ansatz beschreibt derartige Materialien über einen äquivalenten Fluidansatz. Alternativ kann die Beschreibung über ein dreidimensionales poroelastisches Kontinuum erfolgen. Die Schallausbreitung im akustischen Fluid wird mit der Helmholtzgleichung erfasst. Durch eine strenge Kopplung wird die Interaktion von Körper- und Luftschall realisiert. Für die numerische Umsetzung des Modells wird die Finite Elemente Methode (FEM) verwendet. Bei der Untersuchung von flankierenden Bauteilen spielt auch die Abstrahlung des Schalls in unendlich ausgedehnte Fluidgebiete eine wichtige Rolle. Derartige Gebiete werden mit Hilfe der Scaled Boundary Finite Element Method (SBFEM) im Berechnungsmodell berücksichtigt.