FEM Simulation von Gehäusen - Habt ihr Fragen die euch beschäftigen? :)

[Sandmaennchen]

Noch viel schlimmer: Ich weiß noch nicht mal, was ich rausbekommen möchte!

[incoggnito2]

Hätte auf mehr als 300 Hz getippt ... aber dazu sollte man wohl jetzt nochmal die Literatur bemühen

[EMP]

Hier tut sich ja was :ok:

Ich bin jetzt endlich auch mal dazu gekommen es einzutippen und sind die Ergebnisse (kleine Abweichung zu dir)

Dichte: 550 kg/m^3
E-Modul: 3000 MPa
Querkontraktion: 0,1

19 mm, 500 mm Kantenlänge, 300 mm Öffnung, keine Lagerung (wobei die ja Seifer macht -> Höhere f), auch als Shell spuckt Ansys folgendes aus:

Hier mein Ergebnis:

201 Hz
217 Hz
251 Hz
251 Hz

Hab ein grobes Netz genommen, von daher vermutlich die Abweichungen


E: Ich spiel aber nur mal rum, wenns richtig los geht, dokumentiere das schon sauber

[incoggnito2]

Hab mal eben ein Stück Fichte mit den Abmessungen (45cm x 35cm x 1,5 cm) angeschlagen. Hier messe ich "quick and dirty" nur am B-Aufnehmer ca. 102 Hz annähernd frei schwingend gelagert (also noch keine Übertragungsfunktion, ohne Fensterung und Mittelung) ... die Größenordung der ersten Matlab-Berechnung hat also scheinbar schon einigermaßen gepasst

Das bei 50 Hz ist das Netzteil ... an meiner RME Soundkarte hatte ich nicht die richtigen Adapter.

[EMP]

Das ist die Eigenfrequenz bei 426 Hz

Jetzt macht auch (noch mehr) Sinn was Fosti gesagt hat: Diese Frequenz wird zwar angeregt, aber efferktiv schwingen wird das Gehäuse bei einer Druckbeaufschlagung von Innen nicht, einfach weil die Anregung der Schwingung entgegen wirkt, bzw. sie nicht optimal anregt.

[incoggnito2]

Jetzt macht auch (noch mehr) Sinn was Fosti gesagt hat: Diese Frequenz wird zwar angeregt, aber efferktiv schwingen wird das Gehäuse bei einer Druckbeaufschlagung von Innen nicht, einfach weil die Anregung der Schwingung entgegen wirkt.

Verstehe nicht ganz wie du das meinst.

Ich müsste mal kucken, ob ich noch die Konstruktionsdaten meiner Subwoofer (Innen mit Matrix) rumfliegen habe. Damit könntest du deine FEM-Simulation mit meiner Messung abgleichen.

VG Inco

[EMP]

Hier ab Beitrag 51: http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/showt...554&page=3 hat Christoph es erklärt

Klar, wenn du da was schick durch, Moden sind gleich ermittelt.

Wobei natürlich die Lagerung auch rein spielt (Lagerung erhöht Steifigkeit), aber interessant wäre es schon.

[Sandmaennchen]

Hier mein Ergebnis:

201 Hz
217 Hz
251 Hz
251 Hz

Passt doch ziemlich gut! Die 251 habe ich auch zweimal.
Die Ungenauigkeit kann alles mögliche sein. Kontaktedefinitionen, Materialgesetz, Geometrieunterschiede ....

Hab ein grobes Netz genommen, von daher vermutlich die Abweichungen

Kann man bei eine Modalanalyse ja auch machen. Da tut sich nicht so viel.

Ich denke, das, was wir hier machen, ist sowieso ziemlich akademisch. Ohne "richtiges" Materialgesetz sind's eh nur bunte Bildchen.

[incoggnito2]

Ohne "richtiges" Materialgesetz sind's eh nur bunte Bildchen.

Das stimmt wohl. Aber selbst mit Materialgesetz sind die Schwankungen bei den MDF-Platten wohl so hoch, dass man mit einer Simulation nie mehr als eine Hausnummer raus bekommt.

Trotzdem schadet ein grundlegendes Verständnis über die Auswirkungen einer Versteifungsmatrix o.ä. sicher nicht

[EMP]

So der Prof hat es so akzeptiert: Modalanalyse + Strebenoptimierung von Lautsprecher Gehäusen.

Wir haben glaub ich sogar das Akustikmodul für Ansys: http://www.ansys.com/Products/Structures...-Acoustics

da werde ich mal mit dem Akustik Prof reden( es sollte in der Lage sein Interaktionen zwischen Schallwellen und Gehäusen abzubilden), ob er mir das zeigen kann und das dann in meiner Freizeit weiterverfolgen.


Was ich mich z.B. frage: Wie simuliere ich ohne Luft im Gehäuse die Belastung durch Schallwellen. Weil man kann sich das Subwoofer Innere ja auch wie einen sehr kleinen Raum vorstellen. Und die Druckmaxima hängen ja u.A. von der X-Koordinate ab. D.h. der vordere Teil der Seitenwand wir eher mit Druck beaufschlagt als der hintere.

Oder was meint ihr dazu? Weil einfach Druck auf die Fläche mit 20 Hz dürfte ja nicht der Realität entsprechen wenn der Druck vom Treiber erzeugt wird.

[Yogibär]

Hallo Michi,

Ich stelle mir die Druckverhältnisse so vor. Die Verbindung zur Aussenwelt geschieht über die Membran des Chassis. Solange das Chassis nicht schwingt, sind Aussen- und Innendruck statisch gleich und dynamisch tut sich nichts.
Sobald das Chassis schwingt, kommt es zur Kompression und Dekompression des eingeschlossenen Luftvolumens im Takt der Anregungsfrequenz. Bei Kompression wirkt eine Kraft flächig auf die Wände und versucht diese nach aussen zu biegen, bei Dekompression erfolgt das Umgekehrte. Balloneffekt.
Solange sich keine ausgeprägten Stehwellen ausbilden, dürfte dies der vorherrschende Effekt bzw. der Kraftansatz sein.

Viele Grüsse

Thomas

[a.j.h.]

Druck ist Kraft pro Fläche

Ich denke nur, dass der Ansatz unerheblich ist - gehe doch einfach davon aus, dass die Wände angeregt werden?!

Wie willst du einer Flächenlast ("Druck") beibringen, dass sie ihren Betrag im Takt der Erregerfrequenz ändert?

[EMP]

Hi Thomas,

ja genau so hab ich mir das bisher auch immer vorgestellt. Aber umso mehr ich drüber nachdenke, desto unsicherer werde ich

ich hab mir dazu ein 1 kilometer langes Rohr vorgestellt. An einem Ende kommt es zu einer Explosion (Druckanstieg). Aber zum Zeitpunkt der Explosion weiß das Rohr Ende noch gar nichts von seinem Glück, der Anfang des Rohrs hingegen erfährt einen hohen Druckanstieg.

Klar umso kleiner das Rohr desto kürzer ist die Zeitdifferenz. Aber ich frage mich halt, ob man das wirklich vernachlässigen kann (ich denke wie du, dass man es schon vernachlässigen kann, bin mir aber nicht sicher)...

Und noch eine Frage: wirkt dieser Schalldruck dann immer senkrecht auf die Fläche?

VG Michi

E:

Wie willst du einer Flächenlast ("Druck") beibringen, dass sie ihren Betrag im Takt der Erregerfrequenz ändert?

Das wäre kein Problem, geht afaik in Ansys mit Frequenzgang Analyse (oder so).

E2:

Ich denke nur, dass der Ansatz unerheblich ist - gehe doch einfach davon aus, dass die Wände angeregt werden?!

Klar um ein ein Bild zu kommen wir es reichen, ist auch eher für mein Wissen als für die Analyse

[a.j.h.]

Wenn's geht,...- Ich habe sowas in FEM noch nicht gemacht. Mir reichten bisher immer sie einfachen Analysen, um einen Schwingnachweis zu bringen.

Den Betrag der jeweiligen Flächenlasten: Du müsstest zunächst mal einen Pegel festlegen.
Anhand dessen lässt sich der Hubraum der Membran ermitteln.
Die im Verhältniss zum Volumen deines Gehäuses ergibt die Druckänderung,
jetzt noch schnell auf die Gesamtfläche deines Gehäuses umrechnen,
schon haste die Flächenlast.

Doof nur, dass dieser Betrag mit zunehmender Frequenz abnimmt. Macht die Sache nicht unkomplizierter...

Doof - die Zweite: Was passiert beispielsweise bei Bassreflex? Genauer: Auf der Abstimmfrequenz? Hier liegen die Druckverhältnisse anders: Wenn ich das richtig zusammenbekomme, hat die Membranbewegung auf ihrem Impedanzmaximum eine theoretische Nullstelle!? Also Membranhub theoretisch null...?

[JFA]

http://www.stereophile.com/content/harbe...asurements

So mal als Hinweis, wo bei großen Holzflächen die Resonanzfrequenz liegen kann.

Ach, und noch was: bei den untersten Moden schwingt das Gehäuse als ganzes, es gibt also 1 Mode für alle Platten. Deswegen passen die Formeln für frei schwingende und fest eingespannte Formeln nicht. Erst bei höheren Moden findet eine Separierung statt.

Und noch einen: vergesst die Anregung durch den Druck, die ist oberhalb der Resonanzfrequenz des Chassis nicht weiter relevant (Druck fällt mit 12 dB/Oktave ab, siehe hier: http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/showp...stcount=19). Wichtiger ist die Anregung durch die Bewegung der Membran, denn die ist konstant (siehe hier http://www.diy-hifi-forum.eu/forum/showp...stcount=21 , nicht ganz so offensichtlich)

[fosti]

Hallo Michi,

die bunten Bildchen zeigen die theoretisch möglichen Moden des Gehäuses. Für mich wär der nächste Schritt, das Modell um eine Fläche im Schallwandausschnitt zu erweitern, welche, wie die Lautsprechermembran, die Luft im Innern mit frequenzabhängigen Wechseldrücken beaufschlagen kann. Wenn Dein Modell stimmt, wo ich erstmal nach den Bildern prinzipiell von aus gehe, dann könntest Du Dir so ein Bild der sich frequenzabhängig real ausbildenden Moden machen.

Viele Grüße,
Christoph :prost:

EDIT: In ANSYS sollte es möglich sein, diese Fläche als Quellenelemente auszulegen. Jetzt müsste man nur noch festlegen, ob die Membran eine Schnelle- oder Druckquelle ist.

[3eepoint]

COMSOL hat dazu einen recht interessanten Artikel online, welcher die Simulation des Gehäuses einer B&W 800 Diamond beschreibt:

https://www.google.de/url?sa=t&rct=j&q=&...0w&cad=rja

Ich hab das Programm zwar, hab aber mit der Implementierung einfacher Simulationen momentan Probleme und leider auch nicht die Zeit das auch noch ein zu fügen =/

[fosti]

Cool! Vielen Dank für den Link. Ich habe aus Zeitmangel schon lange nicht mehr COMSOL "anschmeißen" können....

[3eepoint]

Ich bin aus gegebenen Anlass wieder dran. Das Praxissemester steht an und ich will mich bei einer Firma bewerben die damit arbeitet, auch im Bereich Akustik, da wäre es natürlich geil wenn man was vorweisen kann^^

Wenigstens hab ich die meisten Fehlermeldungen schon so weit im Griff das ich weis wo ich was vergessen habe ein zu tragen

[Sandmaennchen]

Was ich mich z.B. frage: Wie simuliere ich ohne Luft im Gehäuse die Belastung durch Schallwellen. Weil man kann sich das Subwoofer Innere ja auch wie einen sehr kleinen Raum vorstellen. Und die Druckmaxima hängen ja u.A. von der X-Koordinate ab. D.h. der vordere Teil der Seitenwand wir eher mit Druck beaufschlagt als der hintere.

Oder was meint ihr dazu? Weil einfach Druck auf die Fläche mit 20 Hz dürfte ja nicht der Realität entsprechen wenn der Druck vom Treiber erzeugt wird.

Ich glaube, wenn Du eine (am besten auch noch zeitabhängige) Druckverteilung im Gehäuse simulieren willst, kommst Du nicht ohne CFD aus.
Ich kenne das Akustikmodul von Ansys zwar nicht (ich kann nur Metall), aber ich schätze, das reicht nicht aus.

Du könntest mal mit einer Harmonischen Analyse herumspielen, die ist zwar "nur" linear, aber man könnte frequenzabhängig die Antwort der Struktur bei einer "sinusarteigen" Druckbelastung anschauen.

Christian