Experimental and numerical prediction of structure borne noise in a heavy duty truck cabin and a novel regularization methodology for FRF based substructuring
Bir ağır kamyon kabininde oluşan yapısal kaynaklı gürültü seviyesinin deneysel ve nümerik modeller ile tahmin edilmesi ve FRF tabanlı alt sistem analizi için yeni bir düzenlileştirme metodolojisi geliştirilmesi
- Tez No: 414072
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 93
Özet
Otomotiv üreticileri ürünlerinin vibro-akustik performanslarını iyileştirmek için birçok para ve zaman yatırımı yapmaktadır. Örnek olarak bir ağır kamyon kabininde, gürültü ve titreşim performans geliştirme çabaları gürültü kaynakları ve yolları hakkında ön bilgiye sahip olmadan, deneme yanılma yöntemleri ile ciddi zaman kaybına neden olabilir. Bu çalışma, bir ağır kamyon kabini vibro-akustik performansını tahmin edebilmek için deneysel yöntemler ile birlikte yüksek gerçeklik oranlı hesaplama modelleri kullanan bir tasarım metodolojisi önermektedir. Önerilen analiz araçları ve sunulan metodoloji, bu sistemlerin vibro-akustik performansını araştırmak ve sistem performansını düşüren kritik bileşenlerini tanımlamak için sistematik bir yol sağlamaktadır. Araç kabini içindeki gürültü, çeşitli kaynaklardan birçok aktarım yolları üzerinden sürücüye ulaşmaktadır. Gürültü kalitesinin iyileştirilebilmesi, yol şartlarında motordan gelen tahrik kuvvetlerinin tespiti ile başlar. Bu çalışma kapsamında tahrik kuvvetleri deneysel verileri kullanarak FRF matrisi tersini alma işlemi ile hesaplanır. Bu hesaplanan tahrik kuvvetleri, akuple olmayan vibro-akustik sonlu elemanlar modeli (FEM/FEM) kullanılarak kabin içindeki toplam ses basıncı seviyesini tahmin edilmesinde ve deneysel ölçümler ile karşılaştırılmasında kullanılır. Kabin içinde oluşan gürültü seviyesine artı veya eksi yönde katkıda bulunan en sorunlu panel/panelleri tespit etmek için simülasyon ortamında Panel akustik katkı analizi (PACA) metodu kullanılır. Bu panel/paneller tespit edildikten sonra kabin panellerinin pasif kontrol sistemleri ile yeniden tasarlanarak gürültü performansının 5dB'e kadar iyileştirilebileceği gösterilmiştir. Bu tezin ikinci bölümünde, FRF temelli alt sistem (FBS) analizi kullanılarak sistem tepkisinin tahmini için kamyon şasesinin deneysel ölçülmüş FRF'leri ile kabinin simülasyon modeli üzerinden ölçülmüş FRF'lerinin akuple edilmesi incelenmiştir. Bu metot sayesinde herhangi bir alt sistem değişikliğinin genel sistem üzerine etkisi kolayca ilgili alt sistem FRF'lerindeki değişiklik ile FBS denklemlerinin yeniden formüle edilmesi ile değerlendirilebilir. Fakat, alt sistemleri birleştirme işlemi aslında bir tersine problem olduğu için ortaya kötü koşullanmış FRF matrisleri oluşmaktadır ve bu matrisler düzenlileştirme tekniklerinin müdahalesini gerektirirler. Tersi alınan FRF matrisi Kernel matrisi olarak bilinmektedir. Bu teknikle yapılan sistem tepki tahminlerin doğruluğu tersi alınan Kernel matrisinin kalitesine bağlıdır ve genel olarak, tekil değer ayrışım (singular value decomposition) tekniği kullanılarak tersi alınan matrisler düzenlileştirilebilir. Bu çalışmada özgün bir yöntem geliştirilerek, matris tersini alma işlem kalitesinin önemli ölçüde arttırılması sağlanmıştır. Bu yeni yöntem, diğer düzenlileştirme yöntemlerine göre farklı bir bakış açısıyla soruna yaklaşmaktadır. Yeni yöntem, Kernel matrisinde bulunan diyagonal olmayan bütün elemanların, matrisin kondisyon sayısını azaltmaya yönelik, seçici bir şekilde göz ardı ederek çalışmaktadır. Son olarak, alt sistemleri bağlayan burçların genel sistemin gürültüsü ve direksiyon titreşimi azaltmaya yönelik hassasiyetleri tespit edilmiştir. Bu çalışmada Kernel matrisi için kullanılan tersini alma tekniklerinin, hassasiyet analizi sonuçları üzerinde yadsınamayacak bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tezde sunulan tüm çalışmalar, geliştirilen yöntemlerin bir ağır kamyon kabinin vibro-akustik performansının yüksek doğruluk oranı ile tahmin edilmesinde ve ayrıca akustik performansı düşüren bileşenleri tanımlamak ve yeniden tasarlanmasında etkin bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Automotive manufacturers invest a lot of money and time to enhance the vibro-acoustic performance of their products. In a complex dynamic system such as a heavy duty truck cabin, the vibro-acoustic enhancement and redesign effort may be very difficult and time-consuming without prior knowledge about the noise contributors. This study proposes a design methodology that employs high fidelity computational models together with experimental methods to predict the vibro-acoustic performance of a heavy duty truck cabin. The analysis tools and the methodology presented provide a systematic and quantitative way to investigate the vibro-acoustic performance of such systems and identify the critical components of the system that degrade the performance. The noise inside the vehicle cabin originates from various sources and travels through many pathways. The first step of sound quality refinement is to find the pathways and corresponding operational internal forces. For that reason, acceleration responses and frequency response functions (FRFs) are measured on a prototype truck to determine the excitation forces while engine is running in operational conditions. Once these internal forces are identified using the experimental force identification (FI) technique, they can be utilized to predict the total sound pressure level inside the cabin and also perform the panel acoustic contribution analysis (PACA) to determine the most problematic panel of the cabin. An uncoupled vibro-acoustic finite element model (FEM) is used and validated with experimental measurements to predict the sound pressure level inside the cabin. When the most noise radiating panel is identified, it can be redesigned to improve the sound pressure level inside the cabin. Second half of this thesis focuses on response prediction with FRF-based Substructuring (FBS) technique where the FRFs of the truck cabin obtained from a numerical model is coupled with the experimentally measured FRFs of the truck chassis. The influence of each substructure modification, on the chassis and/or cabin, can be easily assessed by reformulating the FBS equations. However, the coupling procedure of the substructures involves an inverse problem which requires regularization techniques since the matrix being inverted can be ill-conditioned. The inverted FRF matrix is called the Kernel matrix. Accuracy of the predictions made with this technique is highly dependent on the inversion of the Kernel matrix and in general, singular value decomposition is used for the inversion procedure. In this thesis, a novel methodology is adapted for lowering the condition number of the Kernel matrix by selective omission of the cross-coupling terms such that the matrix inversion procedure can be improved. Response predictions obtained by the proposed regularization method are compared with the experimentally measured responses and also with those obtained through Moore-Penrose pseudo-inverse technique with Singular Value Decomposition (SVD) to verify the accuracy of the developed approach. Finally, sensitivity analysis of the joint stiffnesses connecting the substructures is performed to determine their effect on vibro-acoustic performance of the structure. It is shown that the regularization method plays a significant role on the outputs of the sensitivity analysis. All the studies presented in this thesis, demonstrate that the methodologies developed in this thesis accurately predict the end-to-end vibro-acoustic performance of the heavy duty truck cabin and also they can be utilized effectively to identify and redesign the components that degrade the performance.
Benzer Tezler
- Hava akış kaynaklı fan gürültüsünün sayısal modellenmesi
Numerical modeling of flow induced fan noise
MEHMET ÇAVUŞ
- Gemi yapılarının vibro-akustik yaklaşımı ile titreşim ve akustik açısından optimum hale getirilmesi
Acquiring vibrationally and acoustically optimum ship structure through the vibroacoustic methodology
MEHMET AVCU
Doktora
Türkçe
2018
Deniz Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AHMET GÜNEY
- Approaches to the modeling of inelasticity and failure of rubberlike materials
Başlık çevirisi yok
HÜSNÜ DAL
Doktora
İngilizce
2012
İnşaat MühendisliğiTechnische Universität DresdenYapı Malzemesi Ana Bilim Dalı
PROF. MICHAEL KALISKE
- Birinci metatarsofalanks ekleminin birleştirilmesinde (füzyonunda) stapler ve açı oluşumlarının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Experimental and finite element method investigation of stapler and angle formations in joining (fusion) of the first metatarsophalangx joint
GÜLİSTAN DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
DOÇ. DR. LEVENT BAYAM
- Determination of volumetric strains in fully and induced partially saturated sands through dynamic simple shear test device with confining pressure
Tam doygun ve kısmi doygunluğa indirgenmiş kumların hücre basınçlı dinamik basit kesme deneyleri ile hacimsel deformasyonun tayin edilmesi
TUĞBA BAHAR BAHŞİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ESRA ECE BAYAT