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Numerische Analyse der Schallabstrahlung eines Ultraschallwandlers für die Auswahl geeigneter Schwingungsmoden in einem Optimierungsprozess

* Presenting author
Day / Time: 20.03.2019, 15:40-16:00
Room: Saal 5-b
Typ: Poster

Das Posterforum zu diesen Postern findet am Mittwoch von 16:00 - 16:40 Uhr direkt am Poster im ersten Obergeschoss - Posterinsel I - statt. Die Poster hängen von Dienstag morgen bis Donnerstag mittag.

Abstract: Schallwandler mit resonantem Betriebspunkt im Ultraschallbereich werden heutzutage in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Neben der Medizin- und Automatisierungstechnik finden Ultraschallsensoren auch Anwendung bei Fahrerassistenzsystemen. Derartige Sensoren werden durch ihre Arbeitsfrequenz und die zugehörige Betriebsschwingungsform charakterisiert. Bei Betrieb des Sensors wird die gewünschte Betriebsschwingungsform angeregt und so das an den Anwendungsfall angepasste Schallfeld erzeugt. Bei der Sensorentwicklung ist demzufolge ein sorgfältiger Entwurf der strukturdynamischen Eigenschaften und die nachfolgende Beurteilung der zugeordneten Schallabstrahlung erforderlich.Dieses Poster präsentiert ein numerisches Verfahren zur Untersuchung und gezielten Auswahl der Betriebsmoden. Im Rahmen einer Parameterstudie werden hierbei verschiedene Betriebsschwingungsformen eines vereinfachten Systemmodells hinsichtlich ihrer Abstrahlcharakteristik untersucht. Besondere Aufmerksamkeit gilt der Ausbildung von Einbrüchen oder Nebenkeulen als bedeutende Störfaktoren bei der Schallabstrahlung. Für die Berechnung der Schallabstrahlung im Ultraschallbereich wird das Rayleigh-Integral verwendet. Dieses Berechnungsmodell bietet neben einer deutlichen Rechenzeiteinsparung gegenüber der klassischen Luftschall-Körperschall-Simulation den Vorteil, durch Variation der Bezugsgeometrie genannte Störeinflüsse näher untersuchen zu können. Weiterführend wird zur Identifikation der gewünschten Mode das Modal-Assurance-Criterion hinzugezogen. Hierbei wird die dominante Mode für den Betriebsfall mit einer Soll-Eigenschwingungsform verglichen. Abschließend werden die Vorteile der Rayleigh-Berechnung und MAC-Wert-Analyse hinsichtlich einer Automatisierung der numerischen Sensorentwicklung herausgearbeitet. Es wird beispielhaft ein Workflow für die automatisierte strukturdynamische und akustische Auslegung eines Ultraschallsensors präsentiert.