Numerische Methoden zum effizienten Entwurf akustischer Metamaterialien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Marburg
• Fachliche Zuordnung: Akustik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545835419

Die durch Verkehr oder die Industrie verursachte Lärmbelastung stellt eine der größten Gefahren für die Umwelt dar und kann zu erheblichen Gesundheitsproblemen führen. Deshalb spielt die Lärmminderung eine wesentliche Rolle bei der konstruktiven Gestaltung. In der aktuellen Ingenieurpraxis wird dies typischerweise durch Dämpfungsbehandlung in einer späten Entwurfsphase oder sogar erst nach Produktionsbeginn erreicht. Die so verursachte Massenerhöhung kann erheblich sein und den ökologischen Fußabdruck des Produkts verschlechtern. In den letzten Jahren haben akustische Metamaterialien eine große wissenschaftliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen and werden als eine vielversprechende Lösung betrachtet, um das empfindliche Gleichgewicht zwischen Leichtbauweise und Geräuscharmut herzustellen. Das übergeordnete Ziel dieses Projekts besteht in der Entwicklung numerischer Methoden zur Entwurfsoptimierung elastischer und akustischer Metamaterialien. Dieses Ziel wird durch die Vereinigung von Expertise in den Bereichen der Vibroakustik und der numerischen linearen Algebra erreicht. Da akustische Metamaterialien aus einer periodischen Anordnung von Einheitszellen (sogenannte Metaatome) bestehen, überträgt sich die Periodizität direkt auf die parameterabhängigen linearen Gleichungssysteme, die in den zugehörigen FEM-BEM-Modellen auftreten. In diesem Projekt werden strukturausnutzende numerische Methoden für deren Lösung entwickelt. Dies ist von großem Nutzen für die Modellreduktion und erlaubt auch eine rechnergestützte Entwurfsoptimierung. Dabei ist es ein Ziel, die Resonanzfrequenzen des Metamaterials mittels nichtlinearer Eigenwertoptimierung nach Nutzervorgaben einzustellen. Darüber hinaus werden Fälle mit Anregung betrachtet, die auf H-unendlich-Optimierungsaufgaben führen. Die neuen rechnergestützten Verfahren werden an relevanten industriellen Benchmarks getestet und dann in die Ingenieurpraxis übertragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Matthias Voigt