Mallinnuksella apua melunhallintaan Tomi Huttunen Kuava Oy Kuopio 17.11.2011
Sisältö Kuava Oy Mallintaminen ja simulointi Akustiikan ja melun simulointi Esimerkkejä: Meluemissio Virtausmelu Uusia simulointityökaluja
Kuava Oy Kuava toimittaa laskennallisen teknologian asiantuntijapalveluita Vuodesta 2007 yli 30 toteutettua asiakasprojektia Yhtenä erityisalana melu- ja akustiikkamallinnus Akustiikassa asiakkaita ovat mm. Nokia, Philips ja Wärtsilä Virtausmelumallinnusta toimitettu mm. Metso Automation Oy:lle ja Burckhardt Compression AG:lle Yhteistyö Numerola Oy:n kanssa
Toimialat ja asiakkaat Konepajateollisuus (Wärtsilä, Metso Automation, Burckhardt Compression) Matkapuhelinten kehitys (Nokia) Ympäristötekniikka (Väisälä, Symo) Paperi- ja selluteollisuus (UPM, Metsä-Botnia) Terveydenhuollon teknologia (Philips, PaloDEx)
Kuavan palveluita Simulointiprojektit Mittaustiedon louhinta ja tehokas hyödyntäminen Ohjelmistokehitys Konsultointi: Mallinnus- ja simulointimenetelmien ja -työkalujen valitseminen ja kehittäminen
Mallinnus vs. simulointi Mallinnus: CAD suunnittelu 3D mallintaminen ja visualisointi Simulointi: Fysikaalisten ominaisuuksien laskeminen mallin avulla Esim. lujuuslaskenta, virtauslaskenta, sähkömagnetiikka, akustiikka,...
Simuloinnin hyödyt Laajentaa 3D suunnittelua Ensimmäinen konseptivaihe käyttäen virtuaaliprototyyppejä tarvitaan vähemmän fyysisiä protoja Rakenteiden optimointia voidaan automatisoida Voidaan tutkia ilmiöitä, joiden mittaaminen vaikeaa (esim. virtauksen turbulenttisyys putken sisällä) Lisätietoa laitteen toimintaan vaikuttavista ilmiöistä
Simulaatio osana suunnittelua
Akustiikan ja melun simulointi Koneiden ja laitteiden tuottamalle melua halutaan rajoittaa akustiikkasimulaatiot osaksi virtuaalisuunnittelua Koneiden 3D suunnittelulla ja niiden mekaanisten ominaisuuksien simulaatioilla pitkät perinteet (esim FEM) Hyviä akustiikan simulointityökaluja harvoin tarjolla mekaniikkasimulaatio-ohjelmistoissa: Tarve melko uusi asia Vaatii erikoistyökaluja ja -osaamista
Akustisen emission mallinnus
Esim: Meluemissio, f = 560Hz
Esim: Meluemissio, f = 1100Hz
Mitä tuloksia saadaan Säteilevä ääniteho Säteilevän äänen spektri Äänen suuntaavuus Simulointituloksista voidaan laskea mittausstandardien (mm. ISO-3745) mukaisia äänitehoarvoja virtuaalisuunnittelu voidaan yhdenmukaistaa kokeellisten kehityksen kanssa
Virtausmelu Tarjoaa tehokkaan tavan prosessin tai laitteen toimintaan liittyvän virtausteknisen ilmiön analysointiin Kuavan ja Numerolan yhteistyönä on kehitetty palvelu virtausmelun mallintamiseen
Mitä hyötyä mallinnuksesta? Mallinnuksella nähdään virtauksen sisälle (kuva virtausprofiilista ja virtausmelulähteistä) Virtauksen sisällä mittaaminen usein mahdotonta tai hyvin kallista ja aikaa vievää Mallin avulla voidaan etukäteen arvioida rakennemuutosten vaikutusta meluun. Suorat kustannussäästöt suunnittelussa Akustisella mallilla voidaan selvittää melun kulkeutumista esim putkiston sisällä (mittaukset usein todella haastavia)
Ohjelmistokehitys Simulointityökaluja voidaan räätälöidä asiakkaan tarpeiden mukaan Usein paras suunnittelutyökalu on useiden ohjelmistojen summa Nopea teknologian siirto tutkimuksesta suunnittelijan työkaluksi
Melusimulaattori Paikkatietojärjestelmään kytketty melun leviämismalli Nopea työkalu ympäristömelun arviointiin Toimitettu Symo Oy:lle
Simulointi pilvipalveluna Monilla aloilla pilvipalvelut arkipäivää: sähköposti (Gmail), karttapalvelut (Google, Nokia,...), tiedon jakaminen (DropBox),... Sovelluksia akustiikassa: Musiikin jakaminen (Spotify, SoundCloud,...) Meludatan hallinta ja jakaminen (esim. B&K WebTrak) NoiseSPY (Ympäristömelun monitorointi) Akustinen mallinnus pilvipalveluina vielä vähäistä Avaa uusia mahdollisuuksia simuloinnille SaaS = Software as a Service
Pilvipalvelun etuja CCY:n kysely (2011): Mitkä asiat koette ongelmallisiksi CAD/CAM alueella: 1) Hinta/ylläpito 2) Hinta/lisenssit 3) Bugit 4) Osaamisen puute 5) Pakkorahastus SaaS simuloinnista maksat vain tehdyistä simulaatioista Bugeja vähemmän, koska ohjelmia ei tarvitse toimittaa kaikille alustoille (Windows, Linux, jne) Tulosten jakaminen helpompaa Paljon laskentakapasiteettia, kun sitä tarvitaan
Akustinen mallinnus hyvin pilviyhteensopivaa Laskentaa varten tarvitaan vain pintaverkko ja pintanopeusdataa laskennan aloituksen datamäärä melko pieni Laskenta tehdään taajuus kerrallaan ongelma triviaalisti rinnakkaistuva laskenta-ajan määrää suurin yksittäiseen taajuuteen käytettävä aika Waveller-Cloud: työkalu akustisen emission simulointiin
Mitä tulevaisuudessa? Esim karttapohjainen melumallinnus luontevaa pilvipalveluna Haasteina interaktiivinen visualisointi suurille datamäärille tulossa uusia työkaluja (WebGL) Mallinnuksessa kehitys nopeaa modelling of the full head with BEM for the same frequency range [up to 20 khz] is propably not feasible, and even with powerful parallel computers it would last for weeks or more [Kahana et al, Proceedings of AES 16 th Int conf. 1999]
Kiitos! Johannes Hyryselle (VTT) ja Matias Auralle (Wärtsilä Finland Oy) koneakustiikan mallista!