2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16239Die akustische Qualität von Produkten erlangt im Alltag einen immer größer werdenden Stellenwert. Bei zunächst vermeintlich identischen Produkten der gleichen Baureihe kommt es gerade im Bereich der Akustik oftmals zu einer hohen Streuung von deren Eigenschaften, die insbesondere auf unterschiedliche Geometriegrößen und Materialparameter zurückzuführen ist. Die Berücksichtigung unscharfer Parameter in numerischen Simulationen zum Entwurf von neuen vibro-akustischen Systemen schafft hier Abhilfe: Anstelle eines einzigen Simulationsergebnisses wird vielmehr ein Vertrauensbereich ermittelt, der eine sehr frühzeitige und dennoch robuste Optimierung der im Entwurf befindlichen Systeme zulässt. Dabei ist zu beachten, dass die Unsicherheiten unterschiedlichen Ursprungs sein können und z.B. auf Streuungen, Ungenauigkeiten oder unvollständigen Informationen beruhen. Die Verwendung nur einer dieser Unsicherheitskategorien ist dabei nicht zielführend. Die Realität wird am besten durch eine Kombination mehrerer Eigenschaften, d.h. durch die Betrachtung einer polymorphen Unschärfe, abgebildet. Letztere soll im Rahmen des gegenwärtigen Vorhabens für vibro-akustische Fragestellungen formuliert werden. Die neu entwickelten Verfahren zur Unschärfemodellierung sollen exemplarisch am Beispiel von Reifen-Rollgeräuschen angewendet werden, wodurch eine deutliche Verbesserung des Entwurfsprozesses von Reifen erwartet wird. Die bis heute verfügbaren numerischen Modelle basieren in der Regel auf deterministischen Berechnungsgrößen. Auch ein sehr effizientes und genaues Modell zur Vorhersage der Strukturdynamik von Reifen sowie der resultierenden Reifen-Rollgeräusche, welches im Rahmen einer Kooperation des Antragstellers mit der Chalmers Universität, Göteborg, innerhalb des BMWi-geförderten Vorhabens Leiser Straßenverkehr 3 entstanden ist, beruht auf einer rein deterministischen Betrachtung. Im aktuellen Vorhaben gilt es nun, die Formulierungen und die Vorgehensweise derart zu erweitern, dass auch polymorphe Unsicherheiten erfasst werden können. Dabei sollen unter Berücksichtigung der polymorphen Unschärfe vor allem multiphysikalische Vorgänge in das Modell einbezogen werden. Die geplante Optimierung in Bezug auf die relevanten Ausgangsgrößen, wie der Schallabstrahlung und dem Rollwiderstand, erfordert dabei hocheffiziente Vorgehensweisen sowie Verfahren zur Dimensionsreduktion. Hierfür wird für die Schallabstrahlung eine Fast-Multipole-Boundary-Elemente-Methode und für die Strukturberechnung des Reifens eine Waveguide-Finite-Elemente-Formulierung eingesetzt. Neben diesen bereits sehr effizienten Verfahren soll zudem ein Ersatzmodell zur weiteren Beschleunigung des Simulationsprozesses umgesetzt werden, wodurch die komplexe Aufgabe einer Optimierung mit mehreren Zielgrößen überhaupt erst realisiert werden kann.The acoustic quality of products gains an increasing importance in everyday life. Unfortunately, rather similar looking products of the same manufacturing process tend to show a high variation of their acoustic properties, which is based on geometry deviations or varying material parameters. Therefore, a confidence interval instead of one deterministic solution needs to be determined in order to allow for an early optimisation in the development of new vibro-acoustic systems. Doing so, it should be noticed that different characteristics of uncertainty may occur, namely variability, imprecision, and incompleteness. Consequently, an incorporation of just one characteristic is unrewarding. Instead, the polymorphic uncertainties of the quantities need to be handled, which is the general objective of this proposal. A representative technical example, strongly depending on the behaviour mentioned before, is tyre road noise. Therefore, this problem has been chosen to demonstrate the design process taking into account polymorphic uncertainties. Up to now, only deterministic numerical computations have been developed to predict tyre road noise, by other researchers as well as by the applicant. In a close collaboration between the latter one and the Chalmers University, Gothenburg, particularly in the project Leiser Straßenverkehr 3 (supported by BMWi), a very efficient and precise model for analysing the structural behaviour of tyres and their related sound emission could be developed. Within the current proposal this combined - but so far deterministic - numerical model shall be extended in order to introduce the polymorphic uncertainties to tyre road noise simulations. The treatment of multiphysical results, which rely on polymorphic uncertainties, has to be incorporated in the new model. The planned optimisation with respect to significant output parameters, such as the radiated noise and the rolling resistance, requires highly efficient numerical methods as well as a reduction of the problem dimension. Hence, the Fast Multipole Boundary Element Method is used for the sound radiation, while a Waveguide Finite Element Method is employed to represent the structural model. Although these two methods are very efficient already, a further reduction of the computational effort shall be established by a new metamodel, which promises an efficient way to handle the rather complex multi-objective optimisation also planned in the current proposal.