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    Akustische isogeometrische Analysen mit schnellen Boundary-Elemente-Methoden
    (Deutsche Gesellschaft für Akustik, 2022-03)
    Beiroth, Kim Marcel
    ;
    Ram, Matthias Wolf Christian
    ;
    Keuchel, Sören
    ;
    Estorff, Otto von
    Die Boundary-Elemente-Methode (BEM) ist ein etabliertes Verfahren zur numerischen Simulation akustischer Fragestellungen. Die Genauigkeit hängt dabei unter anderem von der Diskretisierung der Geometrie ab. Isogeometrische Analysen (IGA) verwenden CAD-Modelle direkt als Basis für die numerischen Berechnungen und gewährleisten somit eine exakte Darstellung der Geometrie. Dafür nutzen sie die den CAD-Modellen zugrundeliegenden Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) zur Geometriebeschreibung. Die oberflächenbasierte BEM ermöglicht dabei die Verknüpfung zwischen CAD- und Berechnungsmodell. Auf diese Weise reduziert sich neben dem Diskretisierungsfehler auch der mit der Vernetzung verbundene Aufwand erheblich. Ein entscheidender Nachteil der BEM ergibt sich jedoch aufgrund der nicht-symmetrischen und in der Regel vollbesetzen Systemmatrizen. Durch den hohen hierfür erforderlichen Speicherbedarf ist die Anwendung der BEM auf Systeme mit einer geringen Anzahl an Freiheitsgraden und somit vergleichsweise niedrige Frequenzen beschränkt. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Recheneffizienz und der damit einhergehenden Betrachtung größerer Systeme ist die Verwendung schneller Verfahren, wie der Fast-Multipole-Methode (FMM). Eine isogeometrische Formulierung der FMM-BEM ermöglicht potentiell schnelle akustische Simulationen von großen Systemen mit einer hohen Genauigkeit. Im vorliegenden Beitrag wird eine Kombination der IGABEM mit der Fast-Multipole-Methode vorgestellt und anhand akustischer Anwendungsbeispiele verifiziert.
    Publicationtype: Conference Paper
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    Hydroakustische Simulation eines nabenlosen Propellersystems unter Anwendung der "Moving-Least-Squares"-Methode zur räumlichen Interpolation
    (2022-03)
    Sultani, Hoshang
    ;
    Estorff, Otto von
    Im Vergleich zu klassischen Propellerantrieben wird bei nabenlosen Propellern sowohl aus strömungsmechanischen als auch aus konstruktiven Gründen eine geringere Schallabstrahlung erwartet. Derzeit liegen jedoch nicht genügend systematische Forschungsarbeiten hierzu vor. In diesem Beitrag werden erste hydroakustische Simulationsergebnisse eines nabenlosen Propellersystems unter Anwendung der „Moving-Least-Squares“ (MLS) – Methode zur räumlichen Interpolation innerhalb der Finite-Volumen-Simulationssoftware OpenFOAM® vorgestellt und diskutiert. Die Simulation des Strömungsschalls erfolgt dabei mit dem sogenannten „Expansion about Incompressible Flow“–Verfahren, welches zu den hybriden „Hydrodynamic/Acoustic Splitting“–Ansätzen gehört. Die in diesem Zusammenhang erforderlichen hydrodynamischen Strömungsfelder wurden vorab von der Universität Rostock unter Anwendung der „Stress Blended Eddy Simulation“ berechnet und für die hydroakustischen Berechnungen zur Verfügung gestellt. Im Rahmen der Untersuchungen werden die mittels der MLS-Methode berechneten hydroakustischen Schallfelder mit den Ergebnissen unter Anwendung der bereits in OpenFOAM® vorhandenen Zentraldifferenzenschemata verglichen. Für eine erste Validierung der Simulationsergebnisse erfolgt zudem eine Gegenüberstellung der berechneten Schallfelder mit den ermittelten Messergebnissen der Universität Rostock zum untersuchten Fall.
    Publicationtype: Conference Paper
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    Isogeometrische Formulierung der Energie-Boundary-Elemente-Methode
    (Deutsche Gesellschaft für Akustik, 2022-03)
    Ram, Matthias Wolf Christian
    ;
    Beiroth, Kim Marcel
    ;
    Estorff, Otto von
    Die Energie-Boundary-Elemente-Methode (EBEM) ist ein Verfahren zur Vorhersage der akustischen Schallabstrahlung bei hohen Frequenzen. Entgegen der klassischen Boundary-Elemente-Methode (BEM) zur Lösung der Helmholtz-Gleichung ist die in einem EBEM-Modell erforderliche Netzauflösung unabhängig von der Frequenz. Die Zahl der zur Modellierung erforderlichen Freiheitsgrade und der damit einhergehende numerische Aufwand kann somit gering gehalten werden. In einer isogeometrischen Analyse erfolgt die Berechnung direkt auf Basis einer CAD-Geometrie, indem die zugrundeliegenden Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) sowohl zur Geometriebeschreibung als auch zur Approximation der Randwerte in der numerischen Analyse genutzt werden. Damit kann auf die üblicherweise zur Diskretisierung genutzten Lagrange-Elemente verzichtet werden. Der mit der Vernetzung verbundene Aufwand sowie der bei Nutzung von Lagrange-Elementen unvermeidliche Geometriefehler entfallen. Eine isogeometrische EBEM ermöglicht potentiell sehr schnelle akustische Simulationen im Hochfrequenzbereich, da sowohl die Modellerstellung als auch die Berechnung drastisch beschleunigt werden. Änderungen der Geometrie, die im CAD-Modell vorgenommen werden, liegen zudem unmittelbar auch im Rechenmodell vor, wodurch ein iterativer Entwicklungsprozess wesentlich beschleunigt werden kann. Im vorliegenden Beitrag wird eine isogeometrische Formulierung der EBEM vorgestellt und anhand von Anwendungsbeispielen diskutiert.
    Publicationtype: Conference Paper
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