Kuva 1. Mallinnettavan kuormaajan ohjaamo.



Samankaltaiset tiedostot
KERROSRAKENTEISTEN ABSORBENTTIEN ABSORPTIOSUHTEEN LASKENTAMENETELMÄ

KOTELON ÄÄNENERISTYKSEN VIBROAKUSTINEN MALLINNUS ELEMENTTIMENETELMÄLLÄ

ÄÄNITUNTUMASOITTIMEN AKUSTINEN MALLINTAMINEN JA SIMULOINTI

Taulukossa 1 on vertailtu 7 yleisintä kirjallisuudessa esiintyvää mallia. Ne on jaettu kolmeen ryhmään, empiirisiin (E), semiempiirisiin (S) ja teoree

PAKOPUTKEN PÄÄN MUODON VAIKUTUS ÄÄNENSÄTEILYYN

ÄÄNENVAIMENTIMIEN MALLINNUSPOHJAINEN MONITAVOITTEINEN MUODONOPTIMOINTI 1 JOHDANTO. Tuomas Airaksinen 1, Erkki Heikkola 2

Parempaa äänenvaimennusta simuloinnilla ja optimoinnilla

HUOKOISTEN MATERIAALIEN ABSORPTIOSUHTEEN LASKEMINEN VIRTAUSVASTUKSEN PERUSTEELLA

ÄÄNTÄ ABSORBOIVIEN ELEMENTTIEN MITOITUS PARAMETRI- SOIDULLA MALLILLA MULTISKAALAMENETELMIÄ KÄYTTÄEN

Hannu Nykänen, Marko Antila, Panu Maijala, Seppo Uosukainen

PILVILASKENTA AKUSTISESSA MALLINNUKSESSA 1 JOHDANTO. Tomi Huttunen 1), Antti Vanne 1), Timo Avikainen 2), Leo Kärkkäinen 2)

PUTKIJÄRJESTELMÄSSÄ ETENEVÄN PAINEVAIHTELUN MALLINNUS HYBRIDIMENETELMÄLLÄ 1 JOHDANTO 2 HYBRIDIMENETELMÄN MATEMAATTINEN ESITYS

KOLMIULOTTEISEN TILAN AKUSTIIKAN MALLINTAMINEN KAKSIULOTTEISIA AALTOJOHTOVERKKOJA KÄYTTÄEN

FE-SEA HYBRIDIMENETELMÄ. Jukka Tanttari. VTT PL 1300, Tampere 1 JOHDANTO

AKUSTISIA SIMULAATIOITA PÄÄ- JA TORSOMALLILLA. Tomi Huttunen, Timo Avikainen, John Cozens. Kuava Oy Microkatu 1, Kuopio

(1) Novia University of Applied Sciences, Vaasa,

RYHMÄKERROIN ÄÄNILÄHDERYHMÄN SUUNTAAVUUDEN

ÄÄNEKKÄÄMMÄN KANTELEEN MALLINTAMINEN ELEMENTTIME- NETELMÄLLÄ

TUULIVOIMALAMELU MITTAUS JA MALLINNUS VELI-MATTI YLI-KÄTKÄ

Kari Saarinen, Lasse Lamula, Matias Aura ja Hannu Tienhaara

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 01: Johdanto. Elementtiverkko. Solmusuureet.

KAIUTTOMIEN HUONEIDEN KIILARAKENNE. Juha Backman 1, Timo Peltonen 2, Henrik Möller 2. PL 100, NOKIA GROUP

AVOTOIMISTOAKUSTIIKAN MITTAUS JA MALLINNUS. Jukka Keränen, Petra Virjonen, Valtteri Hongisto

HUONEAKUSTIIKAN MALLINNUS TEOLLISUUSTILOISSA - NETTITYÖKALU

HÄVIÖLLISEN PYÖREÄN AALTOJOHDON SIMULOINTI

Palkkivälipohjan äänitekniikka

ö ø Ilmaääneneristävyys [db] 60 6 mm Taajuus [Hz]

ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT. Erkki Björk. Kuopion yliopisto PL 1627, Kuopion 1 JOHDANTO

REUNAEHTOJEN TOTEUTUSTAPOJA AALTOJOHTOVERKOSSA

Avotoimistoakustiikan mittaus ja mallinnus

LÄSÄ-lämmönsäästäjillä varustettujen kattotuolirakenteiden lämpöhäviön simulointi

TERÄSPILAREIDEN KOTELOSUOJAUKSEN MALLINNUS FE-MENETELMÄLLÄ

Latamäen Tuulivoimahanke, Luhanka

VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.

YMPÄRISTÖMELUSELVITYS

3 Ääni ja kuulo. Ihmiskorva aistii paineen vaihteluita, joten yleensä äänestä puhuttaessa määritellään ääniaalto paineen vaihteluiden kautta.

VTT Tuotteet ja tuotanto PL 1307, Tampere

Tomi Huttunen Kuava Oy Kuopio

JAKSOLLISEN SANDWICH-RAKENTEEN VIBROAKUSTIIKASTA

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 05: FEM-analyysista saatavat tulokset ja niiden käyttö.

ÄÄNITEKNINEN SUUNNITTELUOHJE.

Mitä tulisi huomioida ääntä vaimentavia kalusteita valittaessa?

Absorptiosuhteen riippuvuus materiaaliparametreista

ERITTÄIN JOUSTAVAA MUKAVUUTTA AKUSTOINTIIN

MALLINNUSVIRHEIDEN HUOMIOIMINEN AKUSTISESSA TOMO- GRAFIASSA

HUONEAKUSTIIKAN MALLINNUS VIRTUAALISELLA AALTOKENT- TÄSYNTEESILLÄ 1 JOHDANTO 2 VIRTUAALISEN AALTOKENTTÄSYNTEESIN TEORIA

lämpöviihtyvyyteen Sisäilmastoseminaari 2013 VTT

RUUVIKOMPRESSORIN TUOTTOPUTKI ILMIÖITÄ JA TYÖKALUJA

Tampereen Tornihotelli CASE STUDY. Juha Valjus Finnmap Consulting Oy

VTT EXPERT SERVICES OY

TYÖKONEOHJAAMOIDEN MONIKERROSLASIEN VIBROAKUSTIIKKAA

CADENZA. Lyhyesti Ulkovaippaan liitettävä suorakaiteenmuotoinen äänenvaimennin.

Teräsrakenteiden maanjäristysmitoitus

Pohjois-Satakunnan tuulivoimakaavoitushanke, Kooninkallio, Kankaanpää

Lappfjärdin tuulivoimahanke, Kristiinankaupunki

ABSORPTIOSUHTEEN RIIPPUVUUS MATERIAALIPARAMETREISTA. David Oliva, Henna Häggblom, Jukka Keränen, Petra Virjonen, Valtteri Hongisto

Automaattinen regressiotestaus ilman testitapauksia. Pekka Aho, VTT Matias Suarez, F-Secure

ABSORBOIVIEN PINTOJEN OPTIMAALINEN SIJOITTELU 1 JOHDANTO 2 TAUSTAA. Kai Saksela 1, Jonathan Botts 1, Lauri Savioja 1

Rak Building physical design 2 - Acoustical design Autumn 2015 Exercise 2. Solutions.

Jaksollisen sandwich-rakenteen vibroakustiikasta

TESTAUSSELOSTE Nro VTT-S Äänenabsorptiosuhteen määrittäminen ja luokittelu Lumir Spray levyille

Luento 4: Liikkeen kuvausta, differentiaaliyhtälöt

1 PID-taajuusvastesuunnittelun esimerkki

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

VTT EXPERT SERVICES OY VTT EXPERT SERVICES LTD.

Selainpohjainen suunnitteluohjelma avotoimistojen akustiikkasuunnittelua varten. v

Luento 2: Liikkeen kuvausta

ABSORBOIVIEN MATERIAALIEN JA REIKÄLEVYJEN SKAALAUS 1 JOHDANTO 2 PERUSSKAALAUS Z A =, (1) A KANAVAÄÄNENVAIMENTIMIEN PIENOISMALLEIHIN

Tulipalon vaikutus rakenteisiin CFD-FEM mallinnuksella

APAD paineentasainjärjestelmän suoritusarvojen määrittäminen

Naantalin voimalaitos ja satama-alue Ympäristömeluselvitys. Benoit Gouatarbes Tapio Lahti Timo Markula

HUONEAKUSTIIKKA. Ohjeita standardin SFS 5907 mukaisen huoneakustiikan toteutukseen. Korvaa Ecophon hinnaston 12/

4.1. Sovitusopas. Sisällysluettelo. Maaliskuu Tässä oppaassa on yksityiskohtaiset ohjeet kuulokojeen sovittamiseen Phonak Target -ohjelmalla.

ELASTINEN EPOKSI RATKAISU RUNKOÄÄNIONGELMIIN. Lasse Kinnari, Tomi Lindroos ja Kari Saarinen. Noisetek Oy.


PÄÄKANNATTAJAN LIITOSTEN MITOITUS

1 JOHDANTO GEOMETRIAPOHJAISEN OHJELMISTON (GEODICT) MAHDOLLISUUDET. Marjaana Karhu 1, Tomi Lindroos 1, Arttu Miettinen 2

SIIRTOMATRIISIN JA ÄÄNENERISTÄVYYDEN MITTAUS 1 JOHDANTO. Heikki Isomoisio 1, Jukka Tanttari 1, Esa Nousiainen 2, Ville Veijanen 2

Akustiikan haasteet toimistoissa. Arto Rauta / Ecophon / Tampere

AHLAISTEN LAMMIN TUULIVOIMA- HANKE, PORI MELUMALLINNUS (OSAYLEISKAA- VAN EHDOTUSVAIHE)

Laajakaista-absorbentti

TURUN JÄTTEENPOLTTOLAITOKSEN MELURAPORTTI

Insinööritoimisto Geotesti Oy TÄRINÄSELIVITYS TYÖNRO Toijalan asema-alueen tärinäselvitys. Toijala

MÄNTSÄLÄN KUNTA, MAANKÄYTTÖPALVELUT MÄNNIKÖN JATKE, ASEMAKAAVAN YMPÄRISTÖMELUSELVITYS

Hirsiseinien ilmaääneneristysluvut

Akaan raakapuukuormausalue Ratasuunnitelman meluselvitys. Päiväys Tilaaja Liikennevirasto Projekti RR52233

Ratapihaan liittyvien alueiden sekä kaupungintalon tontin asemakaavamuutoksen tärinäselvitys Suonenjoen kaupunki

AKUSTISEN ABSORPTIOSUHTEEN MÄÄRITYS LABORATORIOSSA

x = ( θ θ ia y = ( ) x.

Huonepalon ankaruuteen vaikuttavat tekijät ja niiden huomioon ottaminen puurakenteiden palokestävyysmitoituksessa

KINKKULANMÄKI, HARTOLA TUULIVOIMALOIDEN MELU- MALLINNUS

Jukka Keränen, Petra Larm, Riikka Helenius, Jarkko Hakala, Valtteri Hongisto

KJR-C2002 Kontinuumimekaniikan perusteet

Lumirakenteiden laskennassa noudatettavat kuormat ja kuormitukset

Tiilipiipun palonkestävyysanalyysi Simulointi välipohjan paksuudella 600 mm Lämpötilaluokka T450

PEERLESS DEFINITION SERIES ERILLISSARJAT ASENNUS- JA KÄYTTÖOHJE

Luento 8. Suodattimien käyttötarkoitus

OMINAISUUDET

VTT EXPERT SERVICES OY VTT EXPERT SERVICES LTD.

HARJOITUS 7 SEISOVAT AALLOT TAVOITE

Transkriptio:

KUORMAAJAN OHJAAMON ÄÄNIKENTÄN MALLINNUS KYTKETYLLÄ ME- NETELMÄLLÄ Ari Saarinen, Seppo Uosukainen VTT, Äänenhallintajärjestelmät PL 1000, 0044 VTT Ari.Saarinen@vtt.fi, Seppo.Uosukainen@vtt.fi 1 JOHDANTO Esityksessä tarkastellaan äänikentän numeerisen mallintamisen mahdollisuuksia FEMlaskentaan ja kehitettyyn absorption laskentaohjelmaan perustuvilla mallinnustyökaluilla. Laskentaesimerkkinä esitetään kuormaajan ohjaamon äänikentän käyttäytymistä kuljettajan pään kohdalla mitoitetun absorbenttirakenteen eri sijoitusvaihtoehdoilla. Mallinnuksessa VTT:llä kehitetyn absorptiosuhteen analyyttisesta laskentaohjelmasta saatu taajuudesta riippuva kompleksinen impedanssireunaehto on kytketty 3D-akustisen äänikentän FEM-perustaiseen laskentaan muokkaamalla FEM-ohjelmasta generoitua koodia siten, että laskentaohjelmat on voitu kytkeä toisiinsa. Ratkaistava yhtälöryhmä akustiselle alialueelle ja sen reunaehdolle on p p = Q c t 1 1 p 1 p w 1 = = n Z a t t + 1 ρ Z a Z missä kompleksisuureet p( x r,t) on äänenpaine, c äänennopeus, t aika, Q( x r,t) on äänilähteen voimakkuus, ρ ilman tiheys, pinnan normaalin suuntainen yksikkövektori, w(,t) pinnan poikkeama, Z w ( r n r x r x,t) joustavan pinnan ominaisimpedanssi ja Z a ( x r,t) absorbentin ominaisimpedanssi, joka ratkaistaan analyyttisesti ja jota käytetään elementtimallin reunaehtona [1]. Tässä esityksessä kuvattu työ on tehty ABSMAT projektin osaprojektissa Absorptiomateriaalien ja rakenteiden geneerinen soveltaminen []. Projektin yhtenä tavoitteena oli selvittää absorptiorakenteisiin liittyviä vibroakustisen mallinnuksen mahdollisuuksia ja rajoituksia pienehköissä tiloissa. Näitä mahdollisuuksia havainnollistaa tässä esityksessä esimerkkinä oleva mallinnuskohde. w p t (1) ESIMERKKILASKENTA: KUORMAAJAN OHJAAMO Mallinnettavana kohteena on ohuesta teräslevyistä ja lasipinnoista valmistettu ohjaamorakenne (kuva 1). Ohjaamon leveys on 90 cm, syvyys 100/10 cm ja korkeus 160 cm. Ohjaamossa istuu kuljettaja, jonka havaitsemaa äänenpainetasoa simuloidaan. Äänikentän herättää ohjaamon sisälle asennettu ympärisuuntaava pistelähde. 1

Saarinen, Uosukainen KUORMAAJAN OHJAAMON ÄÄNIKENTÄN MAL- Kuva 1. Mallinnettavan kuormaajan ohjaamo. 3 LASKENTAMALLI Ohjaamon rakenne- ja vibroakustinen malli luotiin COMSOLin multifysiikkamallina, jolla on mahdollista tutkia kolmiulotteisen rakenteen kytkettyä vibroakustista käyttäytymistä rakenteen ollessa kosketuksissa yhden tai useamman fluidin kanssa sekä mekaanisesti ja/tai akustisesti kuormitettuna [3]..1 Rakenne- ja vibroakustinen malli Ohjaamon laskennallisen rakennemallin geometria vastaa vertailukohteena toimivan ohjaamon keskipinnan dimensioita. Rakennemalli sisältää myös ohjaamossa istuvan henkilön ja istuimen. Ohjaamon seinämät muodostuvat noin 000 lineaarisesta kuorielementtistä, kuljettajan noin 4000 lineaarisesta tetraedrielementistä ja istuin vastaavasti noin 500 elementistä. Sisätilan vibroakustinen fluidimalli rakennettiin noin 500 lineaarisesta tetraedrielementistä. Vapausasteita rakenne- ja vibroakustisessa mallissa on kaikkiaan noin 6700 kappaletta (kuva ). Kuva. Rakennemallin elementtiverkko.

KUORMAAJAN OHJAAMON ÄÄNIKENTÄN MAL- Saarinen, Uosukainen. Absorbtiomalli Absorbenttirakenteen absorption laskenta perustuu siirtojohtoyhtälöihin [4]. Laskennan alussa määritellään asennusalustan kuormitusimpedanssi. Alimman kerroksen etupinnalta näkyvä akustinen ominaisimpedanssi lasketaan ko. kerroksen parametrien ja kuormitusimpedanssin avulla. Seuraavan kerroksen etupinnalta näkyvä akustinen ominaisimpedanssi lasketaan ko. kerroksen parametrien ja edellä määrätyn akustisen ominaisimpedanssin avulla. Edellä oleva askel toistetaan, kunnes päästään koko rakenteen etupinnalle. Koko rakenteen etupinnan akustisen ominaisimpedanssin avulla on mallissa mahdollista laskea myös rakenteen heijastuskerroin ja tämän avulla edelleen absorptiosuhde, jota on hyödynnetty tarkasteltavan absorbentin absorptiosuhteen laskennassa (kts. kuva 3)..3 Absorbenttirakenne Ohjaamoon asennetun absorbentin rakenne ja absorptiosuhde on esitetty kuvassa 3. Absorptiomateriaalin ominaisvirtausvastus on 10000 Ns/m 4 ja reikä-pinta-ala suhde 0,09. Absorptiomateriaalin ominaisuudet on laskettu Delany-Bazleyn mallilla, johtuen tarkastelumateriaalista [5]. Vaihtoehtoinen menetelmä mallissa on käyttää Biotin menetelmää [6,7]. Ohjaamon äänenpainetaso ilman absorbenttia kuljettajan vasemman korvan kohdalla on esitetty kuvassa 4. Kuva 3. Ohjaamoon asennetun absorbentin rakenne ja absorptiosuhde. Kuva 4. Äänenpainetaso ohjaamossa kuljettajan vasemman korvan kohdalla ilman absorbenttia (ohjaamon pinnat mallinnettu akustisesti koviksi). 3

Saarinen, Uosukainen KUORMAAJAN OHJAAMON ÄÄNIKENTÄN MAL- 3 LASKENTATULOKSET Mallinnettava taajuuskaista on 0 500 Hz ja laskenta on suoritettu 1 Hz taajuusresoluutiolla. Ohjaamoon asennettu absorbentti on mitoitettu siten, että se vaimentaa tilan äänitasoa erityisesti 00 Hz taajuudella kuljettajan korvien kohdalla. Ohjaamon muut pinnat on mallinnettu esimerkkitarkastelussa akustisesti koviksi, jotta absorbentin vaikutus sijainnin vaikutus on mahdollisimman selvästi havaittavissa. Kun absorbentti asennetaan ohjaamoon, se vaikuttaa äänikentän äänenpaineen jakaumaan ja äänitasoihin taajuuksilla, jotka riippuvat absorbentin absorptiosuhteesta, rakennepintojen akustisista ominaisimpedansseista, ohjaamon geometriasta ja ominaismuotojakaumasta. Kuvissa 5 ja 6 on esitetty äänenpainetasojakaumat 104 Hz herätetaajuudella kuljettajan korvien muodostamilla symmetriatasoilla, kun ohjaamoon ei ole asennettu absorbenttia ja kun absorbentti sijaitsee eri rakennepinnoilla. Ilman absorbenttia Absorbentti kattopinnassa Absorbentti takaseinässä Kuva 5. Äänenpainetasojakauma kuljettajan korvien kautta muodostuvalla symmetriatasolla 104 Hz:llä. Ilman absorbenttia Absorbentti kattopinnassa Absorbentti takaseinässä Kuva 6. Äänenpainetasojakauma kuljettajan vertikaalisymmetriatasolla 104 Hz:llä. 4

KUORMAAJAN OHJAAMON ÄÄNIKENTÄN MAL- Saarinen, Uosukainen Kuvissa 7 ja 8 on esitetty äänenpainetaso taajuuden funktiona kuljettajan vasemman korvan kohdalla ilman absorbenttia ja sen kanssa absorbentin eri sijoitusvaihtoehdoilla. Suurimmat vaikutukset äänenpainejakaumissa ja tasoissa tapahtuvat 100 400 Hz taajuusvälillä, johtuen absorbentin ominaisuuksista. Observation point (red point) 110 100 90 Sound pressure level SPL in the left ear of the driver with absorbent in the cabin ceiling SPL in the left ear of the driver without absorbent in the cabin ceiling Sound pressure level [db] 80 70 60 50 40 30 0 10 0 50 100 150 00 50 300 350 400 450 500 Frequency [Hz] Sound source (blue point) Kuva 7. Äänenpainetaso kuljettajan vasemman korvan kohdalla ilman absorbenttia ja sen kanssa. Absorbentti on kiinnitetty ohjaamon kattoon. Observation point (red point) Sound source (blue point) Kuva 8. Äänenpainetaso kuljettajan vasemman korvan kohdalla ilman absorbenttia ja sen kanssa. Absorbentti on kiinnitetty ohjaamon takaseinään. 5

Saarinen, Uosukainen KUORMAAJAN OHJAAMON ÄÄNIKENTÄN MAL- 4 JOHTOPÄÄTÖKSET Kuljettajan havaitsema äänenpaine ohjaamossa ja absorbentin sekä sen sijainnin vaikutus voidaan simuloida numeerisesti kytkemällä eri laskentaohjelmia toisiinsa. Tämä mahdollistaa absorbenttirakenteiden sekä niiden sijainnin optimoinnin kuljettavan aistiman äänenvoimakkuuden kannalta. Mitoituskriteerinä voi olla äänenpainetaso tai tähän verrannollinen psykoakustinen suure. Absorbentti voi olla myös aktiivinen tai funktionaalisista materiaalin ominaisuuksia hyödyntävä elementti. FEM mallien impedanssireunaehtoa, tämän suureen laskevia ohjelmia ja ohjelmallisesti suoritettua kytkentää mallien välillä on mahdollista käyttää yleisemminkin erilaisten akustisten tilojen äänikentän laskentaan numeerisesti. Tämä tuo uusia mahdollisuuksia tilojen äänikentän laskentatarkkuuteen, koska useimmiten absorbenttia ja tilaa ei voida mallintaa tarkasti samanaikaisesti rakenteiden monimutkaisuuden ja tästä helposti johtuvan numeerisen laskentakuorman johdosta. Koska analyyttinen absorption laskentaohjelma mahdollistaa myös tulokulmariippuvuuden ominaisimpedanssin laskennassa vaiheriippuvuuksineen, impedanssireunaehtoa voidaan hyödyntää tehokkaasti elementtimallilaskennassa. Myös ohjaamon pintojen kimmo-ominaisuudet voidaan huomioida mallissa, kuten myös rakenteisiin kohdistuvat herätteet, jotka on jätetty tarkoituksenmukaisuuden vuoksi pois esimerkkilaskennnassa. VIITTEET 1. DOWELL E H, GORMAN G F, SMITH D A, Acoustoelasticity: General theory, acoustic natural modes and forced response to sinusoidal excitation, including comparisons with experiment. J. Sound and Vib. 5(1977)4, pp. 519 54. SAARINEN A, UOSUKAINEN S, NYKÄNEN H, ANTILA M, LINDROOS T, UOTILA T, SIPONEN D & LANKILA A, Kehittyvät absorptiomateriaalit. VTT-R-11314-08, 104 s. 3. COMSOL AB. 008. COMSOL MULTIPHYSICS. Revision 3.5a. 4. UOSUKAINEN S, SAARINEN A, Kerrosrakenteisten absorbenttien absorptiosuhteen laskentamenetelmä. Akustiikkapäivät 009, 14. 15.5.009, Vaasa. 5. DELANY M E & BAZLEY E N, Acoustical characteristics of fibrous absorbent materials. Appl Ac 3(1970), 105 116 6. BIOT M A, Theory of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. I. Low-frequency range. J. Acoust. Soc. Am. 8(1956), pp. 168-178. 7. BIOT M A, Theory of elastic waves in a fluid-saturated porous solid. II. Higher frequency range. J. Acoust. Soc. Am. 8(1956), pp. 179-191. 6