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- Fakultät für Angewandte Natur- und Geisteswissenschaften (237) (remove)
An approximate approach is described, for obtaining the source quantities required for the calculation of structure-borne sound power from machines into supporting lightweight building elements. The approach is in two stages, which are based on existing international Standards for measurement. The first stage involves direct measurement of the source free velocity at each contact, to give the sum of the square velocities. The second stage is based on the reception plate method and yields the single equivalent blocked force, which approximates the sum of the square blocked forces. The applicability of the source data obtained has been investigated in a case study of a fan unit on a timber joist floor. The approach contains several significant simplifying assumptions and the uncertainties associated with them are considered. For the case considered, the power transmitted into the floor is estimated by the approximate method to within 5 dB of the true value, on average.
This paper investigates the prediction of low-frequency impact sound insulation for a solid timber floor formed from dowel-connected joists with Swiss hardwood.
A finite element model was developed for the dynamic response of the floor as it is neither homogeneous nor isotropic and has complex connections.
With point force excitation, a FEM model for the dynamic response of the floor was validated using experimental modal analysis in the laboratory.
Two different FEM models were developed, one using spring connectors and the other using join connectors. Good agreement between FEM and measurements in terms of the Modal Assurance Criterion (MAC) and eigenfrequencies was achieved for the first 14 modes with the spring connector model and for the first 7 modes with the join connector model.
However, for the vibroacoustic analysis it was necessary to use the join connector model due to the computational instabilities of the spring model above 100 Hz when it was coupled to the acoustic medium.
With mechanical excitation the radiated sound power from the underside of the timber floor was measured with sound intensity in order to calculate the radiation efficiency. Comparison of measurements and FEM showed reasonable agreement between 20Hz and 200Hz
Experimental investigations on the sound transmission of drywall constructions at low frequencies
(2009)
In der vorgestellten Fallstudie der Brettsperrholz-Wand ist der modale ¨Uberlappungsfaktor M > 1 oberhalb von f = 315Hz gegeben und damit eine wesentliche SEA-Voraussetzung eines Subsystems erf¨ullt. In der DINENISO10848-1 ist die untere Frequenzgrenze des Messbereiches zur Bestimmung von Stoßstellend¨ammMaßen bereits bei f = 100Hz und die obere ist bei f = 5000Hz.
Zur Ermittlung des mittleren Schnellepegels im diffusen Schallfeld des Bauteils sind Randabst¨ande und Abst¨ande zur Punktanregung auf Grundlage der Bauteileigenschaften berechnet worden. Ein Vergleich der Ergebnisse dieser Fallstudie mit den Vorgaben der Norm [5] zeigt, dass die Messvorschrift der Norm den Hallradius ¨ubersch¨atzt und den Randabstand untersch¨atzt. Eine Unterscheidung der Randabst¨ande in den beiden Hauptrichtungen eines Bauteils aufgrund von Orthotropie ist derzeit in der DINENISO10848-1 nicht ber¨ucksichtigt. Die Messergebnisse zeigen, dass die Annahme eines diffusen Schallfeldes bei Ausschluss von Rand- und Nahfeldgebieten im mittleren Bereich des Messfrequenzbereiches von 100Hz bis 5000Hz zwar gegeben ist, jedoch nicht an den R¨andern. Tieffrequent sind die Pegelunterschiede aufgrund des modalen Verhaltens groß. Hochfrequent sind die Ausbreitungsd¨ampfung und der Pegelabfall an den Elementverbindungsstellen (Abb.1b) Gr¨unde f¨ur große Pegelunterschiede. Dabei zeigte sich erst oberhalb von 3kHz ein signifikanter Pegelabfall an den Elementverbindungen.
Der Beitrag ist Teil des gemeinsam von der TU M¨unchen, der HS Rosenheim und dem ift Rosenheim durchgef¨uhrten DFG-AiF Forschungsvorhabens Vibroakustik im Planungsprozess f¨ur Holzbauten. Das IGF-Vorhaben 18724N der Forschungsvereinigung Internationaler Verein f¨ur Technische Holzfragen e.V. - iVTH, Bienroder Weg 54 E, 38108 Braunschweig wurde ¨uber die AiF im Rahmen des Programms zur F¨orderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium f¨ ur Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gef¨ordert.
Im Rahmen des AIF-Forschungsprojektes VibWood werden im Deckenprüfstand der HS Rosenheim unterschiedliche Holzdeckenkonstruktionen hinsichtlich ihres Schwingungsverhaltens im Bereich zwischen 4 Hz und 200 Hz untersucht. Parallel dazu werden diese Holzdeckenkonstruktionen an der TU München mittels FE-Berechnungen modelliert. Für die Untersuchungen steht ein Prüfstand zur Verfügung, welcher die Möglichkeit bietet, Decken oder Deckenelemente mit Abmessungen von max. 5,5 m x 5,5 m auf einer Stahlwinkelkonsole aufzulagern. Die Deckenelemente können so durch Messung der Übertragungsfunktionen hinsichtlich ihrer Schwingungsformen untersucht werden. Ein Ziel der Untersuchungen ist es, die tieffrequenten Schwingungen von Holzdecken mit Hilfe von Schwingungstilgern deutlich zu reduzieren. Es werden erste Ergebnisse der Validierung der FE-Modelle vorgestellt, insbesondere der Einfluss der Auflagerung der Deckenelemente auf die Übertragungsfunktion. Weiterhin werden Messergebnisse für unterschiedliche Anregungsarten diskutiert
In this contribution a method for the prediction of the radiated sound out of the velocity field of a vibrating ceiling is presented. The numerical method was validated via measurements on a real structure using a pp-probe. It is based on Integral Transform techniques and can be applied in the postprocessing of a FEM simulation
(harmonic analysis) [1]. The method was verified by measurements on the real structure and can be used for parametrical studies.
Rounding off the Parts 1 and 2 of this publication nomograms, based on dimensionless parameters, can be developed to predict the sound radiation of light weight slabs. Hereby different sets of geometry as well as different configurations of ceilings can be studied in order to describe the acoustical and dynamical behaviour of wooden ceilings.
In order to set up guidelines for the design of light-weighted ceilings for timber constructions to be used by engineers in practice, investigations based on both measurements and numerical models have been carried out [1, 2, 3].
The setup and the calibration of the numerical model of the structure are outlined briefly.
A semi-analytical approach for the prediction of radiated sound is presented, which is based on Integral Transform Methods. The method can be applied in the post processing of a Finite Element computation.
Thus as a first step the structure, consisting of a timber slab, a floating floor and a suspended ceiling, is built up in a Finite Element model, where the material properties of wood and the characteristics of the system are considered.
The model is parameterized in order to enable computations with varying geometry and material parameters and calibrated with the help of measurements using model updating techniques.
The velocity pattern resulting out of the FEM computation is transformed from the spatial into the wavenumber domain and from the time into the frequency domain using Fourier Transform Methods. Applying this velocity pattern as a boundary condition to the Helmholtz Equation, which results out of the Fourier Transform of the wave equation, the wavenumbers, which fulfil the radiation condition, can be selected and the pressure field in the adjacent acoustic fluid can be computed.
Due to the properties of the Fourier-Transform the radiated sound power can be calculated efficiently in the transformed domain out of pressure and velocity.
In a second part of the contribution the model for the air cushion in the suspended ceiling is discussed, where a FSI-model for the acoustic fluid and the structure is compared against engineering approaches using simplifications concerning mass distribution and transfer impedances between the individual nodes at the interface
Numerical models for the prediction of vibroacoustical characteristics of light-weighted ceilings
(2013)
In order to set up guidelines for the design of light-weighted ceilings for timber constructions to be used by engineers in practice, investigations based on both measurements and numerical models have been carried out within the cooperative research project “VibWood”.
In this contribution the setup and the calibration of the numerical model of the structure as well as the prediction of radiated sound are discussed, where a special focus is set on a dimensionless description in order to deduce information for a wide range of system’s specifications.
The structure, consisting of a timber slab, a floating floor and a suspended ceiling, is built up in a Finite Element model, where the material properties of wood and the characteristics of the system (e.g.support conditions, contact phenomena dynamic properties of individual parts) are considered.
The model is parameterized in order to enable computations with varying geometry and material parameters.
After calibrating the FE-model with the help of measurements using model updating techniques dimensionless parameters are defined based on the Buckingham-π- Theorem and computations are carried out in order to specify guidelines for various systems. The radiation of sound is computed in a post processing using Integral Transform Methods.
Es wurden Stoßstellendämm-Maße Kij für verschiedene Bauteilverbindungen von BSPH-Elementen gemessen. Diese zeigen eine gute Übereinstimmung zu anderen Werten aus der Literatur.
Bei den Stoßstellen wurde der Einfluss von Elastomerlagern untersucht.
Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Einfluss auf die Kij. Eine Berechnung der Kij mithilfe von Kopplungsverlustfaktoren ηij, welche aus einem SEAModell resultieren, zeigen eine ausreichende Übereinstimmung.
Weitere Schritte der Modellierung zur Überprüfung dieser Erkenntnisse und zur Abbildung von Elastomeren sind notwendig. Der Beitrag ist Teil des gemeinsam von der TU München, der HS Rosenheim und dem ift Rosenheim durchgeführten DFG-AiF Forschungsvorhabens Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten.
Das IGF-Vorhaben 17328 N/1 der Forschungsvereinigung HS Rosenheim wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.
A trend towards lightweight structures, e.g. timber structures, is noticeable in civil engineering, which implies the necessity to predict vibroacoustic characteristics like the transmission of structure-borne sound in order to fulfil requirements regarding serviceability. This contribution focuses on the investigation of junctions of building components e.g. between wall and ceiling. It is part of a joint research project with the aim to catalogue the coupling for a variety of junctions. The resulting database may serve to predict the transmission of structure-borne sound which is typically carried out either using a Finite Element (FEM) approach, suitable for the low frequency range, or by means of energy methods like the Statistical Energy Analysis (SEA) for the high frequency range. Therefore the so-called mid frequency gap emerges, which is examined and attempted to be closed. In this context SEA-averaging techniques are applied in the postprocessing of FEM calculations to obtain an adapted “SEAlike” approach. By varying the subsystems to be excited it is possible to determine Energy Influence Coefficients (EIC), which describe the specific energy content of the different subsystems with respect to the input power. Using this hybrid approach vibroacoustic predictions can be performed also in the mid frequency range. Inverting the EIC-matrix Coupling Loss Factors as well as Damping Loss Factors of the different subsystems can be calculated if the subsystem definition fulfils the SEA-requirements. The application of the method in combination to a classical SEA calculation and to laboratory measurements is presented.
Within the scope of the research project "VibWood", operational vibration analyses of timber floor constructions were carried out. In order to understand the vibration behaviour of and the sound transmission through the layers of the constructions the coupling between them was investigated. The transfer function from the point of excitation to a pattern of receiving positions located on each of the layers of the construction was measured using a swept sine excitation. As a result, the frequency range of decoupling between the base floor and the floating floor and between the base floor and the suspended ceiling could be identified and the individual vibration behavior analyzed. The measurements also included the radiated sound power from the suspended ceiling. There is indication that there is not necessarily a correlation between the eigenmodes of the suspended ceiling and the maxima of the radiated sound power
Within the scope of the recently finished cooperate research project "VibWood" at Technical University of Munich and Rosenheim University of Applied Sciences, fully parametrized numerical models for lightweight wooden floor constructions have been developed and calibrated by experimental modal analyses.
Based on a vast parametric study including floating floors and suspended ceilings a database of narrowband sound power levels in the frequency range up to 125 Hz for a wide range of floor dimensions has been set up.
A procedure will be presented on how to process the numerical data and derive single number values that allow a comparison to the standardized rating of impact sound insulation according to DIN EN ISO 717-2.
The derived data is implemented into a graphical user interface (GUI). This GUI is available for free. The database is open for additional geometries and will be enhanced by different constructions in the near future.
A high-order finite element model for vibration analysis of cross-laminated timber assemblies
(2017)
The vibration behavior of cross-laminated timber components in the low-frequency range can be predicted with high accuracy by the finite element method. However, the modeling of assembled cross-laminated timber components has been studied only scarcely. The three-dimensional p-version of the finite element method, which is characterized by hierarchic high-order shape functions, is well suited to consider coupling and support conditions. Furthermore, a small number of degrees of freedom can be obtained in case of thin-walled structures using p-elements with high aspect ratios and anisotropic ansatz spaces. In this article, a model for cross-laminated timber assemblies made of volumetric high-order finite elements is presented. Two representative types of connections are investigated, one with an elastomer between the cross-laminated timber components and the other without. The model is validated, and suitable ranges for the stiffness parameters of the finite elements which represent the junctions are identified.
Die Altbausanierung nimmt im gesamten Baubereich eine immer bedeutendere Stellung ein. Falls die geplanten Sanierungsmaßnahmen nicht unter den Bestandsschutz von Baudenkmälern fallen, sind die Anforderungen der zum Zeitpunkt der Sanierung baurechtlich eingeführten Normen zu berücksichtigen. Das Bauteil, das bei der Sanierung eine besonders sorgfältige Planung erfordert, ist die Wohnungstrenndecke, die in Altbauten häufig als Holzbalkendecke ausgeführt wurde. Die vorhandenen Planungsgrundlagen für den Schallschutznachweis von Holzbalkendecken sind sowohl in der Normung als auch in der Literatur sehr lückenhaft. Um bessere Planungsdaten zu erhalten, wurde deshalb am ift Rosenheim zunächst ein Forschungsvorhaben durchgeführt, in dem die Luft‐ und Trittschalldämmung typischer Altbaudecken und deren Verbesserungen durch unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen unter Laborverhältnissen ohne Flankenübertragung untersucht wurden [1], [2]. In einem weiteren Forschungsvorhaben [3] wurde in Kooperation mit der Hochschule Rosenheim die Flankenübertragung bei unterschiedlichen Mauerwerkstypen und Deckeneinbindungen ermittelt. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Einfluss der Deckenkonstruktion auf die Schalldämmung und die Ermittlung der Planungswerte für die direkte Übertragung über die Decke. In einem noch folgenden zweiten Beitrag werden Planungsdaten für die Flankenübertragung bei Altbaukonstruktionen behandelt.
Die Altbausanierung nimmt im gesamten Baubereich eine immer bedeutendere Stellung ein. Falls die geplanten Sanierungsmaßnahmen nicht unter den Bestandsschutz von Baudenkmälern fallen, sind die Anforderungen der zum Zeitpunkt der Sanierung baurechtlich eingeführten Normen zu berücksichtigen. Das Bauteil, das bei der Sanierung eine besonders sorgfältige Planung erfordert, ist die Wohnungstrenndecke, die in Altbauten häufig als Holzbalkendecke ausgeführt wurde. Die vorhandenen Planungsgrundlagen für den Schallschutznachweis von Holzbalkendecken sind sowohl in der Normung als auch in der Literatur sehr lückenhaft. Um bessere Planungsdaten zu erhalten, wurde deshalb am ift Rosenheim zunächst ein Forschungsvorhaben durchgeführt, in dem die Luft- und Trittschalldämmung typischer Altbaudecken und deren Verbesserungen durch unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen unter Laborverhältnissen ohne Flankenübertragung untersucht wurden [1], [2]. In einem weiteren Forschungsvorhaben [3] wurde in Kooperation mit der Hochschule Rosenheim die Flankenübertragung bei unterschiedlichen Mauerwerkstypen und Deckeneinbindungen ermittelt. Der vorliegende Beitrag beschreibt den Einfluss der Deckenkonstruktion auf die Schalldämmung und die Ermittlung der Planungswerte für die direkte Übertragung über die Decke. In einem noch folgenden zweiten Beitrag werden Planungsdaten für die Flankenübertragung bei Altbaukonstruktionen behandelt.
Die Altbausanierung nimmt im gesamten Baubereich eine immer bedeutendere Stellung ein. Falls die geplanten Sanierungsmaßnahmen nicht unter den Bestandsschutz von Baudenkmälern fallen, sind die Anforderungen der zum Zeitpunkt der Sanierung baurechtlich eingeführten Normen zu berücksichtigen. Das Bauteil, das bei der Sanierung eine besonders sorgfältige Planung erfordert, ist die Wohnungstrenndecke, die in Altbauten häufig als Holzbalkendecke ausgeführt wurde. Die vorhandenen Planungsgrundlagen für den Schallschutznachweis von Holzbalkendecken sind sowohl in der Normung als auch in der Literatur sehr lückenhaft. Um bessere Planungsdaten zu erhalten, wurde deshalb zunächst ein Forschungsvorhaben [1] durchgeführt, in dem die Luft- und Trittschalldämmung typischer Altbaudecken und deren Verbesserungen durch unterschiedliche Sanierungsmaßnahmen unter Laborverhältnissen ohne Flankenübertragung untersucht wurden. Die Ergebnisse wurden in einem ersten Beitrag [2] veröffentlicht. Im vorliegenden zweiten Beitrag werden die Ergebnisse eines weiteren Forschungsvorhabens [3] vorgestellt. Der Fokus lag hierbei auf der Ermittlung der Flankenübertragung bei unterschiedlichen Mauerwerkstypen und Deckeneinbindungen. Die Ergebnisse werden als Planungsdaten für die Flankenübertragung bei Altbaukonstruktionen dargestellt und die Anwendung des erarbeiteten Rechenmodells sowie die Validierung anhand von Baumessungen erläutert.
Modellierung und Bewertung von strombasierten Versorgungskonzepten für hocheffiziente Gebäude
(2017)
Ein Ziel des DFG-AiF-Clusterforschungsvorhabens Vibroakustik im Planungsprozess für Holzbauten ist die Reduktion des schalltechnischen Planungsaufwandes bei der Holzmassivbauweise. Hierzu soll das Prognoseverfahren der DINEN12354 angepasst werden, welches auf einem vereinfachten Ansatz der Statistischen Energieanalyse (SEA) basiert. Der SEA-Ansatz setzt diffuse Körperschallfelder in den Bauteilen sowie deren schwache Kopplung voraus. Tatsächlich trifft diese Annahme nur bei Bauteilen mit geringer Ausbreitungsdämpfung zu. In der DINENISO 10848-1 werden Kriterien definiert, wann Körperschallfelder in Bauteilen als hinreichend diffus gelten. In diesem Beitrag werden Messergebnisse von Körperschallfeldern an Brettsperrholzelementen im Hinblick auf die genannten Annahmen der SEA diskutiert. Die Bereiche des Nahfeldes um den Anregungspunkt sowie der Bauteilränder werden den pauschalen, geometrischen Vorgaben der Messvorschrift aus der DINENISO 10848-1 gegenüber gestellt. Die Erkenntnisse werden zum Einen zur Definition der Subsystemeinteilung in der SEA-Modellierung und zum Anderen für eine Bewertung von Messergebnissen herangezogen.
In der Bauakustik werden bei der Berechnung der schalltechnischen Eigenschaften von Bauteilen ausreichend diffuse Körperschallfelder angenommen. In der Holzmassivbauweise mit modernen Holzwerkstoffen, wie Brettsperrholz, ist die innere Dämpfung der Bauteile im Vergleich zum Mauerwerks- und Betonbau höher, somit die Ausbildung eines Körperschall-Diffusfeldes nicht gesichert. Zum Verständnis der Ausbildung des Körperschallfeldes ist die Messung der Ausbreitungsdämpfung hilfreich. Diese erfolgt über eine Messung des Schnellepegels als Funktion des Abstandes zum Anregungspunkt. Für einen Vergleich mit theoretischen Modellen muss ebenso der Gesamtverlustfaktor bestimmt werden. In diesem Beitrag werden Messergebnisse der Körperschallfelder in unterschiedlichen plattenförmigen Bauteilen und der Vergleich zu theoretischen Ansätzen präsentiert. Zunächst werden homogene Strukturen am Beispiel von Metall- und Gipskartonplatten GKB betrachtet. Diese Messungen erfolgten an frei hängenden Elementen in unterschiedlichen Dimensionen bei punktförmiger Anregung. Im Anschluss wird ein Brettsperrholz-Bauteil BSH als orthotropes Material bei Punkt- sowie bei Linienanregung betrachtet.
Vertraulichkeit und ungestörtes Arbeiten mit Raum-in-Raum-Systemen in offenen Bürolandschaften
(2016)
Die Arbeitswelt hat sich in den letzten Jahrzehnten stark gewandelt. Mittlerweile sind in Deutschland 50 % aller Beschäftigten, zumindest teilweise, an einem Büroarbeitsplatz tätig [1]. Das Thema des Bürolärms tritt dabei zunehmend in den Fokus; 43 % der Büroangestellten fühlen sich gelegentlich bis sehr häufig von Lärm gestört [1]. In offenen Bürolandschaften kann durch den Einsatz von Raum-in-Raum-Systemen dieser Problematik begegnet werden. Zum einen soll durch Besprechungsraum der Grundgeräuschpegel im gesenkt werden, zum anderen soll deren Nutzung als Büro ein ungestörter Arbeitsbereich geschaffen werden, an dem auch vertrauliche Gespräche geführt werden können. Unter welchen Voraussetzungen die Anforderungen an Vertraulichkeit bzw. Ungestörtheit erreicht werden können, wurde innerhalb einer Versuchsreihe an einem Raum-in-Raum-System messtechnisch ermittelt.
Zur Prognose der von haustechnischen Anlagen ausgehenden Körperschallübertragung ist als Eingangsgröße die installierte Körperschallleistung erforderlich. Für den Massivbau wurde hierfür ein Ingenieurverfahren, die sogenannte Empfangsplattenmethode entwickelt. Dieses Verfahren ist allerdings nur dann direkt anwendbar, wenn die Empfangsstrukturen eine im Vergleich zur Körperschallquelle deutlich kleinere Anregbarkeit aufweisen.
Im Holzrahmenbau ist oft das Gegenteil der Fall. Zudem weisen Leichtbaustrukturen durch die versteifende Rahmenbauweise örtlich stark variierende Eigenschaften in Bezug auf die Anregbarkeit auf. Aus diesen Gründen müssen für die Berechnung der installierten Körperschallleistung im Holzrahmenbau die Eigenschaften der Quelle und der Struktur für alle Kontaktpunkte bekannt sein. Zudem sind sämtliche Interaktionen zwischen den Kontaktpunkten zu berücksichtigen.
Im Rahmen der vorgestellten Arbeit wurde hierfür eine Referenzquelle mit vier Kontaktpunkten entwickelt und messtechnisch vollständig erfasst. Ebenso wurden die Struktureigenschaften einer Holzrahmenbauwand an den jeweiligen Befestigungspunkten messtechnisch bestimmt. Aus diesen Größen konnte die installierte Körperschallleistung exakt berechnet werden. Mögliche Vereinfachungen dieser Berechnungen wurden systematisch untersucht und mit den exakten Werten verglichen. Hierfür wurde der resultierende Schalldruckpegel in einem Empfangsraum herangezogen. Dieser wurde mittels empirischer Übertragungsfunktionen zwischen installierter Körperschallleistung und Schalldruck bestimmt. Die Ergebnisse dieser Arbeit werden sowohl für eine Laborsituation als auch für eine Bausituation diskutiert.